ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ Rn-222, ΤΟΥ Ra-226 ΚΑΙ ΤΩΝ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ Ή ΜΗ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΩΝ, ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΝΕΡΟ ΥΔΡΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΥΔΑΤΑ ΤΗΣ ΕΥΡΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΩΝ ΠΑΤΡΩΝ (Αναλύσεις με: Σύστημα Συνεχούς Μέτρησης Rn-222, γ-φασματοσκοπία και την Μέθοδο της Ενόργανης Νετρονικής Ενεργοποίησης) ΤΟΜΟΣ Ι ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σ. ΜΗΝΑΣ Α.Μ.: 3476 ΚΩΣΤΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ Α.Μ.: 3478 Επιβλέπων: Αναπ. Καθηγητής Ε. Α. Μαραζιώτης ΠΑΤΡΑ

2

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εκπόνηση της εργασίας αυτής πραγµατοποιήθηκε στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του Πανεπιστηµίου Πατρών. Αποτελείται από δύο τόµους και η θεµατολογία της άπτεται των σύγχρονων περιβαλλοντικών προβληµάτων που αντιµετωπίζει κάθε πόλη. Από τη θέση αυτή θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Ευάγγελο Α. Μαραζιώτη για την καθοδήγηση, την επιστηµονική βοήθεια και την συµπαράστασή του κατά την διάρκεια της εργασίας. Τον συνεργάτη του Εργαστηρίου κ. Χρήστο Αθ. Μαραµαθά για την αµέριστη τεχνική καθοδήγηση, την επιστηµονική και γενικότερη βοήθεια που προσέφερε κατά τη διεξαγωγή της εργασίας και την διόρθωση, καθώς και για τις υποδείξεις που έκανε στην τελική µορφή αυτής. Τέλος, τη ηµόσια Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Πατρών για τις πληροφορίες που µας παρείχε, ως προς το δίκτυο ύδρευσης και αποχετεύσεων της πόλης. I

4 II

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΡΑ ΟΝΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΡΑ ΙΟ Το Ραδόνιο (Rn) Ιστορική αναδροµή Φυσικές και Χηµικές ιδιότητες του Ραδονίου (Rn) Ισότοπα Ραδονίου Το Ράδιο Ιστορική αναδροµή Χρήσεις Ιδιότητες Ισότοπα Ραδίου III

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΡΑ ΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ραδιενέργεια Χαρακτηριστικά ακτινοβολιών Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας µε την ύλη Ακτινοβολία α Ακτινοβολία β Ακτινοβολία γ Νόµος ραδιενεργoύ διάσπασης και χρόνος ηµιζωής ή χρόνος Υποδιπλασιασµού Ραδιενεργός ισορροπία Equilibrium Κυριότερες µονάδες ραδιενέργειας Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας - ύλης. Βιολογικές επιδράσεις των Ακτινοβολιών και µέτρα ραδιοπροστασίας Γενικά Βιολογικές επιπτώσεις Mέγιστη επιτρεπόµενη έκθεση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΠΟ ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΤΟ ΡΑ ΟΝΙΟ Ουράνιο U Γενικά Πηγές Ισότοπα Ιδιότητες Χρήσεις IV

7 3. 2. Θόριο Th Γενικά Πηγές Ισότοπα Χρήσεις Φυσικές ραδιενεργές σειρές που παράγουν Ραδόνιο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΠΟΡΕΙΑ ΤΟΥ ΡΑ ΟΝΙΟΥ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΗΓΗ ΤΟΥ ΜΕΧΡΙ ΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Μακροσκοπικές πηγές Ραδονίου Έδαφος Νερό Νερό πηγής Νερό δικτύου Γκάζι Φυσικό αέριο Κύριες δίοδοι εισόδου του Ραδονίου στα κτίρια Μέθοδοι µείωσης των επιπέδων συγκέντρωσης Ραδονίου Σε εσωτερικούς χώρους Στο νερό Αερισµός (Aeration) Κόκκοι ενεργού άνθρακα (Granulated Activated Carbon) Μηχανισµοί εισαγωγής στο σώµα και αλληλεπίδραση µε τον ανθρώπινο οργανισµό Μηχανισµοί καρκινογένεσης Μοντέλο για τον υπολογισµό του κινδύνου από το Ραδόνιο σε εσωτερικούς χώρους 41 V

8 Το µοντέλο πιθανότητας BEIR VΙ Επιπτώσεις του Ραδονίου στον ανθρώπινο οργανισµό, στις ΗΠΑ αλλά και σε παγκόσµιο επίπεδο Σύγκριση επικινδυνότητας Ραδονίου και άλλων καθηµερινών κινδύνων Θεσµοθέτηση ορίων Προτεινόµενες ρυθµίσεις ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΡΑ ΟΝΙΟΥ AC - Προσρόφηση από ενεργό άνθρακα (Active Charcoal Adsorption) AT - Ανιχνευτής ιχνών σωµατιδίων α (µε φίλτρο) (Alpha Track Detection (filtered)) UT - Ανιχνευτής ιχνών χωρίς φίλτρο (Unfiltered Track Detection) LS - Ενεργός Άνθρακας µετρούµενος από υγρό σπινθηριστή (Charcoal Liquid Scintillation) CR - Όργανο συνεχούς µέτρησης συγκεντρώσεως Ραδονίου (Continuous radon Monitoring) EL - Θάλαµος ιονισµού µε ηλεκτροστατικά φορτισµένο δίσκο: µακροχρόνιες µετρήσεις (Electret Ion Chamber: Long- Term) EL - Θάλαµος ιονισµού µε ηλεκτροστατικά φορτισµένο δίσκο: βραχυχρόνιες µετρήσεις (Electret Ion Chamber: Short- Term) GC - Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από ενεργό άνθρακα (Grab Radon/Activated Charcoal) GB Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από σύστηµα αποθήκευσης αερίου (Grab Radon/Pump-Collapsible Bag) VI

9 GS Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από σύστηµα θαλάµου σπινθηρισµών (Grab Radon / Scintillation Cell) SC Ολοκληρωτικός θάλαµος σπινθηρισµών για τριήµερη µέτρηση (Three Day Integrating Evacuated Scintillation Cell) PB Μονοήµερη µέτρηση µε τη χρήση δειγµατολείπτη αερίου (Pump Collapsible Bag (1 day)) CW Συνεχής µέτρηση του Ραδονίου σε χώρους εργασίας (Continuous Working Level Monitoring) GW Μέτρηση προϊόντων διάσπασης του Ραδονίου που έχουν αποτεθεί σε φίλτρο (Grab Working Level) RP Ολοκληρωτικός µετρητής των θυγατρικών του Ραδονίου (Radon Progeny (Decay Product) Integrating Sampling Unit).. 56 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΕΣ Στόχοι της Εργασίας Εισαγωγή Κριτήρια επιλογής των σηµείων δειγµατοληψίας Ύδατα ύδρευσης και επιφανείας Θαλάσσια ύδατα Περιγραφή κωδικών των σηµείων δειγµατοληψίας Σηµεία δειγµατοληψίας ύδατος δικτύου Σηµεία δειγµατοληψίας θαλάσσιου ύδατος Σηµεία δειγµατοληψίας επιφανειακού ύδατος VII

10 Χάρτες δειγµατοληψίας Χρονοδιάγραµµα δειγµατοληψιών ιαδικασία δειγµατοληψίας Προεκτιµήσεις πιθανών αποτελεσµάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΜΕΤΡΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΙΓΜΑΤΩΝ Περιγραφή πειραµατικής εγκατάστασης - µετρητικού συστήµατος Μετρητικό σύστηµα Αναλυτική περιγραφή της κεντρικής µονάδας µέτρησης Πολυπαραµετρική οθόνη υγρών κρυστάλλων Ανιχνευτής Ραδονίου Αναλυτική περιγραφή του Aqua kit και της αντλίας ανακύκλωσης Αντλία αέρος Σωλήνες σύνδεσης οχείο αποδιαλυτοποίησης Ραδονίου οχείο ασφαλείας Στρόφιγγες τριών δρόµων µε ακροφύσια Ασφάλειες συγκράτησης στροφίγγων Βάση δοχείων και αντλίας Φίλτρο ενεργού άνθρακα οχείο Εκροής Ραδονίου και Βαθµονόµησης Τεχνικά χαρακτηριστικά του οχείου Προετοιµασία µετρητικού συστήµατος Βαθµονόµηση (Calibration) Η λειτουργία του προτύπου της NIST Τεχνικά χαρακτηριστικά Υπολογισµός ενεργότητας Ραδονίου στο πρότυπο VIII

11 2. 3. Ρυθµίσεις και συναρµολόγηση του µετρητικού συστήµατος Ρυθµίσεις του µετρητικού συστήµατος Συναρµολόγηση των επιµέρους µελών του µετρητικού συστήµατος ιαδικασία µέτρησης Προεπεξεργασία αποτελεσµάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μέτρηση συγκεντρώσεων Ραδονίου σε δείγµατα δικτύου ύδρευσης και ποταµών Αποτελέσµατα µετρήσεων Επεξεργασία αποτελεσµάτων Στατιστική επεξεργασία Παρουσίαση τελικών αποτελεσµάτων Συσχετισµός παραµέτρων Ανάλυση πηγών Ανάλυση σηµείων δειγµατοληψίας Συγκέντρωση Ραδονίου συναρτήσει του µήκους δικτύου Συσχετισµός µεταξύ σηµείων του δικτύου Μέτρηση συγκέντρωσης Ραδονίου σε θαλάσσια ύδατα Μέτρηση συγκέντρωσης Ραδίου σε δείγµατα δικτύου ύδρευσης και ποταµών Αποτελέσµατα µετρήσεων Επεξεργασία αποτελεσµάτων Στατιστική επεξεργασία Παρουσίαση τελικών αποτελεσµάτων Συσχετισµός Ραδίου - Ραδονίου στα σηµεία δειγµατοληψίας Μέτρηση συγκέντρωσης Ραδίου σε δείγµατα θαλασσίων υδάτων IX

12 Αποτελέσµατα µετρήσεων Επεξεργασία αποτελεσµάτων Στατιστική επεξεργασία Παρουσίαση τελικών αποτελεσµάτων Γενικά συµπεράσµατα της εργασίας. 159 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ X

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τις τελευταίες δεκαετίες η επιστηµονική έρευνα έχει στρέψει το ενδιαφέρον της στον προσδιορισµό και την αντιµετώπιση της µόλυνσης του περιβάλλοντος από ραδιενεργά και άλλα τοξικά υλικά (γενικότερα ρυπαντές), τα οποία έχουν αναγνωριστεί σαν µια σοβαρή αιτία για προβλήµατα υγείας που παρουσιάζονται παγκοσµίως. Ένας από αυτούς τους ρυπαντές είναι το Ραδόνιο και το πατρικό του Ράδιο, που στον πρώτο τόµο της παρούσας εργασίας θα µας απασχολήσει η περιεκτικότητά του στο νερό. Στον δεύτερο τόµο γίνεται ανάλυση για τα ιχνοστοιχεία (ραδιενεργά ή σταθερά) που περιέχονται στα ύδατα ύδρευσης, θαλάσσης και τα λοιπά επιφανειακά. Το Ραδόνιο είναι ένα φυσικό ραδιενεργό ευγενές αέριο, άχρωµο, άοσµο και άγευστο, το οποίο προέρχεται από την αυθόρµητη διάσπαση του Ουρανίου, που υπάρχει στο έδαφος και στα πετρώµατα της γης. Με τη σειρά του διασπάται σε άλλα ραδιενεργά ισότοπα µεταλλικής µορφής. 1

14 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Το Ραδόνιο διαφεύγει από τους πόρους και τις ρωγµές των πετρωµάτων, και των υλικών που παράγονται από αυτά και διεισδύει στην ατµόσφαιρα και στους εσωτερικούς χώρους όπου διαχέεται ταχέως. Επίσης διαλύεται εύκολα στο νερό των υπογείων δεξαµενών το οποίο µε τη σειρά του, µέσω της εξαγωγής και της χρήσης του, συνεισφέρει στην περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης του αερίου στους εσωτερικούς χώρους. Τα προβλήµατα υγείας που παρουσιάστηκαν σε εργάτες ορυχείων έδωσαν το έναυσµα για επισταµένες έρευνες, ώστε να προσδιοριστούν οι αιτίες πρόκλησής τους. Σε µία από αυτές που διεξήχθη από τoν Robbilard το 1991 αποδείχθηκε ότι εισπνέοντας τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου αυξάνονται οι πιθανότητες προσβολής των εργατών από καρκίνο του πνεύµονα. Έχει αποδειχθεί επίσης, από άλλες µελέτες, ότι συµβάλλει κατά το µεγαλύτερο ποσοστό µαζί µε τα προϊόντα διάσπασής του, στην έκθεση του πληθυσµού από φυσική ραδιενέργεια. Το γεγονός ότι το Ραδόνιο και τα προϊόντα του συµβάλλουν ουσιαστικά στην έκθεση του πληθυσµού σε ραδιενέργεια, τα καθιστούν στο επίκεντρο της µελέτης για την προστασία του πληθυσµού από αυτά. Το Εργαστήριο µας δίνοντας έµφαση στο πρόβληµα, έκρινε αναγκαία τη µελέτη για τον προσδιορισµό της περιεκτικότητας των υδάτων της περιοχής Πατρών σε Ράδιο και Ραδόνιο. Για τη διεκπεραίωση της µελέτης ρύπανσης των υδάτων της περιοχής της Πάτρας, από ραδιενεργά στοιχεία - ιχνοστοιχεία και Ραδόνιο, ελήφθησαν δείγµατα νερού από την ευρύτερη περιοχή της πόλης, σε προκαθορισµένα σηµεία. Η επιλογή των σηµείων της δειγµατοληψίας έγινε στηριζόµενη σε συγκεκριµένα κριτήρια των οποίων η αναφορά θα γίνει εκτενέστερα σε ακόλουθο υποκεφάλαιο. Στην Ελλάδα, παρόλη την επικινδυνότητα του εν λόγω αερίου, επικρατεί άγνοια που έχει σαν αποτέλεσµα την αδιαφορία του κόσµου στο άκουσµα του προβλήµατος. 2

15 3

16 4

17 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 5

18 6

19 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΡΑ ΟΝΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΡΑ ΙΟ Το Ραδόνιο (Rn) Ιστορική αναδροµή. Το Ραδόνιο (Rn) ανακαλύφθηκε το 1900 από τον Γερµανό Friedrich Ernst Dorn. Το όνοµα του το πήρε από το στοιχείο Ράδιο (Ra), (το Ραδόνιο στις αρχές ονοµαζόταν niton από τη λατινική λέξη «nitens» που σηµαίνει ακτινοβόλος) αλλά την ονοµασία του ως «Ραδόνιο» την πήρε από το Φυσικές και Χηµικές ιδιότητες του Ραδονίου (Rn). Το Rn είναι ένα ευγενές αέριο µε ιδιαιτερότητα να σχηµατίζει ενώσεις κάτω από εργαστηριακές συνθήκες. 7

20 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Η αντίδραση του µε άλλα στοιχεία είναι συγκριτικά δύσκολη. εν είναι εντελώς αδρανές και αναπτύσσει ευσταθείς µοριακές ενώσεις µε στοιχεία υψηλής ηλεκτραρνητικότητας. Είναι αδρανές ραδιενεργό αέριο άχρωµο και άοσµο σε κανονικές συνθήκες. Το σηµείο τήξης του είναι στους 202 ο K και το σηµείο βρασµού στους 211 ο K. Όταν ψυχθεί κοντά στο σηµείο πήξης του αναδεικνύει ένα εκθαµβωτικό φωσφορίζον χρώµα το οποίο γίνεται κίτρινο καθώς η θερµοκρασία πέφτει και πορτοκαλο-κόκκινο στη θερµοκρασία του υγρού αέρα. Η ατοµική του ακτίνα είναι 1,34 Αngstroms (Å) και έχει τον µεγαλύτερο µαζικό αριθµό από τα ευγενή αέρια, έχοντας 9 φορές µεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα που η τιµή της είναι g l -1 στους 0 0 C. Υπάρχει πολύ µικρή ποσότητα Rn στον αέρα εσωτερικών χώρων, χαρακτηριστικά περίπου ένα άτοµο για άτοµα αέρα και γι αυτό δεν χωρίζεται σε στρώµατα. Επειδή είναι µονατοµικό αέριο διεισδύει εύκολα στα κοινά υλικά όπως χαρτί, δέρµα, χαµηλής πυκνότητας πλαστικά, στις µπογιές, στα δοµικά υλικά όπως γύψος, τσιµεντένια µπλοκ, ξύλινα πλαίσια και στις περισσότερες µονώσεις. Η παραγωγή 220 Rn και 222 Rn από τα γεωλογικά υλικά εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις (ενεργότητες) του 228 Ra και 226 Ra αντίστοιχα, που περιέχονται σ αυτά. Από τις τιµές συγκέντρωσης, που έχουν ληφθεί από αναλύσεις σε πετρώµατα, εξάγεται το συµπέρασµα, κατά µέσον όρο, ότι οι γρανίτες και οι σχιστόλιθοι βρίσκονται σε υψηλά επίπεδα ως προς τη συγκέντρωση τους σε Ράδιο (Ra), ο βασάλτης βρίσκεται σε χαµηλά επίπεδα ως προς την αντίστοιχη συγκέντρωση και τα ιζηµατογενή και µεταποιηµένα πετρώµατα έχουν ενδιάµεσες τιµές. Η υγρασία και η θερµοκρασία επηρεάζουν καθοριστικά τη διάχυση και µεταφορά του Rn εντός κάποιου υλικού. Το Rn είναι επίσης ευδιάλυτο στο νερό καθώς και σε οργανικούς διαλύτες. Η διαλυτότητά του στο νερό στους 0 0 C είναι 510 ml/l και µειώνεται στα 220 ml/l στους 25 0 C και στα 130 ml/l στους 50 0 C. Το Rn διαφεύγει αργά από στάσιµο νερό µε µοριακή διάχυση, αλλά η αναταραχή και η θέρµανση προκαλούν αύξηση της ταχύτητας αποδιαλυτοποίησης του αερίου από το νερό. 8

21 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ισότοπα Ραδονίου. Σήµερα είναι γνωστά 39 ισότοπα του Rn µε µαζικό αριθµό που αρχίζει από 196 νουκλεόνια και φτάνει µέχρι και 226. Τα ισότοπα του Rn µαζί µε τους χρόνους υποδιπλασιασµού τους φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί. Ισότοπο Χρόνος Υποδιπλασιασµού 196 Rn 3milliseconds 197 Rn 65milliseconds 197m1 Rn 19milliseconds 198 Rn 64milliseconds 199 Rn 0.62 seconds 199m1 Rn 0.32 seconds 200 Rn 0.96 seconds 201 Rn 7.0 seconds 201m1 Rn 3.8 seconds 202 Rn 10.0 seconds 203 Rn 45 seconds 203m1 Rn 28 seconds 204 Rn 1.24 minutes 205 Rn 2.8 minutes 206 Rn 5.67minutes 207 Rn 9.25minutes 208 Rn minutes 209 Rn 28.5 minutes 210 Rn 2.4 hours 211 Rn 14.6 hours 212 Rn 23.9 minutes 213 Rn 25.0 milliseconds 214 Rn 0.27 microseconds 214m1 Rn 0.69 nanoseconds 214m2 Rn 6.5 nanoseconds 215 Rn 2.30 microseconds 216 Rn 45 microseconds 217 Rn 0.54 milliseconds 218 Rn 35milliseconds 219 Rn 3.96 seconds 220 Rn 55.6 seconds 221 Rn 25minutes 222 Rn days 223 Rn 23.2 minutes 224 Rn 107minutes 225 Rn 4.5 minutes 226 Rn 7.4 minutes 227 Rn 22.5 seconds 228 Rn 65 seconds Πίνακας 1. 1.: Ισότοπα Ραδονίου. 9

22 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Το Ράδιο (Ra) Ιστορική αναδροµή. Το Ράδιο ανακαλύφθηκε το 1898 από την Mme Courie σε µετάλλευµα Ουρανίου της Βορείου Βοηµίας, από όπου και κατάγεται. Περιέχεται περίπου 1 gr Ραδίου σε 7 τόνους ορυκτού Ουρανίου (πισσουρανίτη). Το στοιχείο αποµονώθηκε το 1911 από την Mme Courie και τον Debieme Χρήσεις. 1 gr Ra παράγει 0,0001 ml αερίου Rn ανά ηµέρα. Αυτό εξαερώνεται από το Ra και σφραγίζεται σε µικρούς σωλήνες που χρησιµοποιούνται στη θεραπεία του καρκίνου ή άλλων ασθενειών. Στους αποθηκευτικούς χώρους για Ra πρέπει να υπάρχει εξαερισµός ώστε να αποτρέπεται η συσσώρευση Rn εντός αυτών. Το Ra χρησιµοποιούταν στην παραγωγή φωσφοριζόντων χρωµάτων, πηγών νετρονίων και φαρµάκων. Το Ra χάνει περίπου 1% της ενεργότητάς του κάθε 25 χρόνια, µετατρεπόµενο σε στοιχεία µικρότερου ατοµικού βάρους. Ο µόλυβδος είναι το τελικό προϊόν της διάσπασής του Ιδιότητες. Το καθαρό µέταλλο είναι λαµπερό άσπρο όταν είναι φρεσκοκατεργασµένο. Μαυρίζει σε έκθεσή του στον αέρα, κυρίως λόγω του σχηµατισµού νιτριδίων. Αποσυντίθεται στο νερό και µερικές φορές είναι πιο ασταθές και από το Βάριο. Το Ra εκπέµπει α, β σωµατίδια και γ ακτινοβολία και όταν αναµιχθεί µε το Βηρύλλιο παράγονται νετρόνια µέσω της πυρηνικής αντιδράσεως Be(α,n)C. Σε 1 gr 226 Ra πραγµατοποιούνται 3,7x10 10 διασπάσεις ανά δευτερόλεπτο (3,7x10 10 Bq). Το 226 Ra έχει χρόνο ηµιζωής 1600 χρόνια Ισότοπα Ραδίου. Σήµερα είναι γνωστά 38 ισότοπα του Ραδίου µε µαζικό αριθµό που αρχίζει από 202 νουκλεόνια και φτάνει µέχρι και 234. Τα ισότοπα του Ραδίου µαζί µε τους χρόνους υποδιπλασιασµού τους φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί: 10

23 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ισότοπο Χρόνος Υποδιπλασιασµού 202 Ra 0.7 milliseconds 203 Ra 1.0milliseconds 203m1 Ra 33 milliseconds 204 Ra 59 milliseconds 205 Ra 210 milliseconds 205m1 Ra 170 milliseconds 206 Ra 0.24seconds 207 Ra 1.3seconds 207m1 Ra 55milliseconds 208 Ra 1.3seconds 209 Ra 4.6seconds 210 Ra 3.7seconds 211 Ra 13seconds 212 Ra 13.0seconds 213 Ra 2.74minutes 213m1 Ra 2.1milliseconds 214 Ra 2.46seconds 215 Ra 1.59milliseconds 216 Ra 182nanoseconds 217 Ra 1.6microseconds 218 Ra 25.6microseconds 219 Ra 10milliseconds 220 Ra 18milliseconds 221 Ra 28seconds 222 Ra 38.0seconds 223 Ra days 224 Ra 3.66days 225 Ra 14.9days 226 Rn 1600years 227 Ra 42.2minutes 228 Ra 5.75years 229 Ra 4.0minutes 230 Ra 93minutes 231 Ra 103seconds 232 Ra 250seconds 233 Ra 30seconds 234 Ra 30 seconds Πίνακας 1. 2.: Ισότοπα Ραδίου. 11

24 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ 12

25 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΡΑ ΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ραδιενέργεια. Μερικοί πυρήνες ατόµων της ύλης βρίσκονται σε µια προσωρινή ασταθή ενεργειακή κατάσταση η οποία καλείται διεγερµένη. Οι πυρήνες αυτοί, που ονοµάζονται πατρικοί, τείνουν να µεταστοιχειώνονται σε νέους θυγατρικούς που είναι περισσότερο σταθεροί. Κατά τη µεταστοιχείωση ελευθερώνεται και ένα ποσό ενέργειας προς το περιβάλλον υπό µορφή ακτινοβολίας, κατά ασυνεχή τρόπο, λόγω της διαφοράς ενέργειας και µάζας µεταξύ πατρικών και θυγατρικών πυρήνων. Η όλη ενέργεια που παράγεται από τη διαδικασία της µεταστοιχείωσης, καλείται ραδιενέργεια. 13

26 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Από τις πιο γνωστές ραδιενεργές ακτινοβολίες, µέσω των οποίων εκπέµπεται η παραγόµενη προαναφερθείσα ενέργεια, είναι: τα σωµατίδια α, β και n, που είναι πυρήνες ηλίου ( 2 He 4 ), ταχέως κινούµενα e ή + e και νετρόνια αντιστοίχως, και οι ακτίνες γ (ηλεκτροµαγνητικής φύσεως) Χαρακτηριστικά ακτινοβολιών - Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας µε την ύλη. Οι ακτινοβολίες κατά την αλληλεπίδραση τους µε την ύλη συµπεριφέρονται είτε ως µικρά σωµατίδια είτε ως κύµατα, δηλαδή παρουσιάζουν διπλή φύση, αναλόγως του είδους της αλληλεπίδρασης και της οπτικής γωνίας µελέτης του φαινοµένου Ακτινοβολία α. Η ακτινοβολία α είναι ιονισµένοι πυρήνες ηλίου ( 2 He 4 ) µε διπλό θετικό φορτίο, όπου λόγω της µεγάλης τους µάζας και του φορτίου, δεν είναι πολύ διεισδυτικοί. Ένα φύλλο χαρτιού µπορεί να την απορροφήσει, ενώ στον αέρα δεν έχει εµβέλεια µεγαλύτερη από 2 cm. Επίσης διαθλάται ελάχιστα εισερχόµενη σε πλέγµα πυρήνων άλλων ατόµων. Έτσι κινείται σχεδόν ευθύγραµµα µέσα στην ύλη. Η ανίχνευση της γίνεται µε βάση τον ιονισµό ή τη διέγερση που προκαλεί. Η ενέργεια που αποδίδει είναι µεγάλη σε µικρό όγκο ύλης, γεγονός που προκαλεί αρκετή θέρµανση και ιονισµό αυτής. Ως συνήθεις πηγές σωµατιδίων α αναφέρονται το Pu, το Am, το U, το Ra, το Rn, το Po, το Th κλπ Ακτινοβολία β. Οι ακτινοβολία β αποτελείται από δέσµες ηλεκτρονίων ή ποζιτρονίων που έχουν αµελητέα µάζα και εντοπισµένη συνεχή κατανοµή ενέργειας. Προκύπτει είτε από το µετασχηµατισµό ενός πρωτονίου σε νετρόνιο ποζιτρόνιο και νετρίνο, είτε από µετασχηµατισµό ενός νετρονίου σε πρωτόνιο, ηλεκτρόνιο και αντινετρίνο εντός του πυρήνα. Η ακτινοβολία αυτή στον αέρα δεν έχει εµβέλεια µεγαλύτερη των 50 cm ενώ ένα ξύλινο πέτασµα πάχους 2 cm µπορεί να την σταµατήσει. Τα σωµατίδια β µπορούν να διεγείρουν ή να ιονίσουν την ύλη ή και να δώσουν φωτόνια ύστερα από απότοµη µεταβολή της ταχύτητας τους. Μέσα στην ύλη κινούνται σε πολύπλοκες τροχιές ελίγδην (τεθλασµένα). Συνήθεις πηγές 14

27 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ακτινοβολιών β είναι οι διεγερµένοι πυρήνες πολλών ραδιοϊσοτόπων όπως: το H 3, ο C 14, ο P 32, το S 35, ο Fe 55, το Ni 63, το I 125, ο Pb 210, κ. α. Συγκεκριµένα το Sr 90 εκπέµπει µόνο ακτινοβολίες β Ακτινοβολία γ. Η ακτινοβολία γ είναι δέσµη φωτονίων χωρίς µάζα και φορτίο, γεγονός που την καθιστά πολύ διεισδυτική. Η ακτινοβολία αυτή που στον αέρα διανύει πολλές δεκάδες µέτρα µπορεί να απορροφηθεί από µεταλλικά πετάσµατα (µετάλλου υψηλής πυκνότητας). Ως συνήθως χρησιµοποιείται µόλυβδος πάχους τουλάχιστον 2 5 cm, αναλόγως της πυκνότητας ροής και της ενέργειας της δέσµης. Τα περισσότερα από τα ραδιενεργά ισότοπα, είναι πηγές ακτινοβολίας γ. Αυτά εκπέµπουν φωτόνια διαφόρων ενεργειών από τους διεγερµένους πυρήνες, οι οποίοι έτσι καταλήγουν σε σταθερότερη κατάσταση χαµηλότερης ενέργειας. Πολλά από τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέµπουν συγχρόνως γ και β ακτινοβολίες. Τέτοια είναι το Cs 134, το Cs 137, το I 131 κλπ Νόµος ραδιενεργoύ διάσπασης και χρόνος ηµιζωής ή χρόνος υποδιπλασιασµού. Κάθε ραδιενεργός πυρήνας έχει µια πιθανότητα p να µεταστοιχειωθεί εντός ορισµένου χρονικού διαστήµατος. Αν αρχικά υπάρχει µια ποσότητα Ν 0 ραδιενεργών πυρήνων, τότε ο ρυθµός διάσπασής τους που είναι σχετική µε την παραπάνω πιθανότητα, θα δίνεται από τον τύπο : dn dt = λn(t ) (2. 1) το (-) στην παραπάνω εξίσωση υποδηλώνει µείωση των αρχικών πυρήνων µε την πάροδο του χρόνου. Στη συνέχεια λύνοντας τη διαφορική εξίσωση (2. 1), καταλήγουµε στο αποτέλεσµα: N(t)=N e λt 0 (νόµος ραδιενεργού διάσπασης) (2. 2) Όπου: Ν(t): ποσότητα πυρήνων κατά τη χρονική στιγµή t Ν 0 : αρχική ποσότητα πυρήνων την χρονική στιγµή t 0 = 0 15

28 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ λ: συντελεστής διάσπασης του ραδιενεργού πυρήνα. t: ο χρόνος που έχει περάσει από την χρονική στιγµή που οι πυρήνες ήταν Ν 0. Στην προκειµένη περίπτωση (των µετρήσεων Rn-222) µετράται σε ώρες. Ηµιζωή ή χρόνος υποδιπλασιασµού ενός ραδιενεργού ισοτόπου (Τ 1/2 ) ονοµάζεται ο χρόνος που πρέπει να παρέλθει ώστε να µεταστοιχειωθούν οι µισοί από τους αρχικούς πυρήνες του ραδιενεργού ισοτόπου. Σύµφωνα µε την εξίσωση (2. 2), θέτοντας t = T 1/2 και N(t) = N 0 /2 (οι πυρήνες που θα υπάρχουν εκείνη τη χρονική στιγµή θα είναι ακριβώς οι µισοί της αρχικής ποσότητας), προκύπτει ότι: N 0 λ T 1 λ T ln2 0,69 1/ 2 1/2 = Ne 0 = e λ = λ = (2. 3) 2 2 T T 1/ 2 1/2 Ο χρόνος ηµιζωής ποικίλει από µερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου ή και λιγότερο όπως συµβαίνει για ένα από τα ραδιενεργά ισότοπα του 2 He 4 που είναι το He-7 µε Τ 1/2 = 5x10 3 sec µέχρι χιλιάδες τρισεκατοµµύρια χρόνια όπως γνωρίζουµε για το Hf-174 που έχει Τ 1/2 = 1,3x10 15 χρόνια Ραδιενεργός ισορροπία Equilibrium. Κατά τη διάσπαση ενός ραδιενεργού στοιχείου έχουµε ως αποτέλεσµα την παραγωγή είτε ενός σταθερού, είτε ενός επίσης ραδιενεργού πυρήνα. Στη δεύτερη περίπτωση θα ισχύει για την εξίσωση (2. 2), η σχέση: λ N t N e λt e λt λ λ 1 1() = 0( ) 1 (2. 4) Όπου: Ν 0, λ, t: ορίζονται όπως προηγουµένως και Ν 1 (t): ποσότητα πυρήνων του θυγατρικού ραδιενεργού στοιχείου, κατά τη χρονική στιγµή t, λ 1 : συντελεστής διάσπασης του θυγατρικού ραδιενεργού πυρήνα. Αν ισχύει λ < λ 1 τότε µε κατάλληλες προσεγγίσεις παράγεται από την εξίσωση (2. 4), η σχέση: λ N1() t N t 0e λ λ λ 1 (2. 5) 16

29 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 (για την ενεργότητα του θυγατρικού ραδιενεργού στοιχείου, θα ισχύει η σχέση: dn () t λλ 1 1 Ne-λt 0 ). dt λ1-λ Αν ισχύει λ << λ 1 τότε µε κατάλληλες προσεγγίσεις παράγεται από την εξίσωση (2. 4), η σχέση: λ N1() t N t 0e λ ( αιώνια ραδιενεργός ισορροπία) (2. 6) λ 1 (για την ενεργότητα του θυγατρικού ραδιενεργού στοιχείου, θα ισχύει τώρα η σχέση: dn 1 t () - dn() t λneλt 0 = dt dt Παρατηρούµε ότι µε µέτρηση της ενεργότητας του θυγατρικού ραδιενεργού στοιχείου προσδιορίζεται άµεσα και η ενεργότητα του πατρικού στοιχείου. Στην περίπτωση µας µετρώντας την ενεργότητα του Rn σε ένα δείγµα, στο οποίο έχει επέλθει ραδιενεργός ισορροπία (εντός χρόνου ίσου προς 6Τ 1/2 θυγατρικού (= 22,8 ηµέρες για την ισορροπία Ra Rn)), µετράται άµεσα και η ενεργότητα του Ra (Ενεργότητα Rn = Ενεργότητα Ra ), µε τη χρήση ενός µετρητικού συστήµατος (για τον προσδιορισµό της συγκέντρωσης και των δύο στοιχείων). εν είναι της παρούσης η ενασχόλησή µας µε τις περιπτώσεις που θα ισχύει: λ > λ 1 και λ >> λ 1. Στην πράξη, αρχικά γίνεται καθαρισµός του δείγµατος από το Rn-222 (µε έντονη εκτεταµένη ανάδευση και έκπλυση). Αυτό συνεπάγεται ότι µετά τον καθαρισµό, µέσα στο δείγµα έχουµε µόνο Ra-226, το οποίο µέσω α διάσπασης αρχίζει να παράγει εκ νέου Ραδόνιο. O ρυθµός παραγωγής Rn είναι ίσος µε το ρυθµό διάσπασης του Ra, δηλαδή όσοι πυρήνες Ραδίου διασπόνται άλλοι τόσοι πυρήνες Ραδονίου δηµιουργούνται στη µονάδα του χρόνου. Παράλληλα το Rn από τη στιγµή που παράγεται, αρχίζει να διασπάται σύµφωνα µε το νόµο της ραδιενεργού διάσπασης µε Τ 1/2 = 3,8 ηµέρες. Έτσι µετρώντας τους πυρήνες Ραδονίου µε ένα όργανο συνεχούς παρακολούθησης (continuous monitor) δεν θα είναι ίσοι µε τους πυρήνες του Ραδίου, λόγω διάσπασής τους. Μετά από χρόνο έξι ηµιζωών του θυγατρικού (εάν η ηµιζωή του θυγατρικού είναι πολύ µικρότερη από αυτή του πατρικού, περίπου 20 φορές) η ποσότητα του 17

30 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ θυγατρικού γίνεται ίση µε αυτή του πατρικού σύµφωνα µε τους παρακάτω τύπους και το διάγραµµα. λn - t - t 1 = λ λ -λt N e e e λ λ λ και () t (1 ) 1 1 dn 1() t dn() t -λ1t dt e = (1 ) dt dn() t dt ιάγραµµα 2. 1.: Αιώνια ισορροπία όπου Τ 1/2 = 4 και (Τ 1/2 ) 1= 1.0h: Καµπύλη aa: ενεργότητα του πατρικού στοιχείου. Καµπύλη cc: διάσπαση (µικρού ποσοστού) του νεοπαραχθέντος θυγατρικού στοιχείου. Καµπύλη ba: ενεργότητα του θυγατρικού που παράγεται από αρχικά καθαρό πατρικό στοιχείο. Καµπύλη dd: συνολική ενεργότητα πατρικού-θυγατρικού στοιχείου (αρχικά καθαρό πατρικό στοιχείο). Έτσι µετρώντας µετά από 30 µέρες το Ραδόνιο µέσα στο νερό µπορεί κανείς έµµεσα να κάνει µέτρηση της συγκέντρωσης του Ραδίου από το οποίο προήλθε. Στα θαλασσινά δείγµατα αναµένεται να εντοπιστεί η ίδια συγκέντρωση Ραδίου σε κάθε δείγµα, λόγω σχετικής οµοιογενοποίησής του στην µελετούµενη περιοχή. Ενώ διαφορές στις συγκεντρώσεις, λόγω διαφορετικού υπεδάφους, αναµένονται στα δείγµατα από τις πηγές. Τέλος στο δίκτυο, όταν αυτό είχε ως αφετηρία την ίδια πηγή, αναµένεται να ανιχνευθεί η ίδια συγκέντρωση Ραδίου. 18

31 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Κυριότερες µονάδες ραδιενέργειας. Η ραδιενέργεια µετράται σε αριθµό διασπάσεων του πατρικού πυρήνα ανά δευτερόλεπτο. Μονάδες ραδιενέργειας είναι: Το κιουρί (Ci) (στη µνήµη του ζεύγους Curie). Ορίζεται ως 3,7 x διασπάσεις/sec. Τα Ράδερφορντ (Rutherford). Ένα Ράδερφορντ ορίζεται ως 10 6 διασπάσεις/sec. Το Μπεκερέλ (Bq) που είναι µία διάσπαση στο δευτερόλεπτο: 1 µci = Βq ή 1 Βq = 2,7 x 10-5 µci Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας - ύλης. Βιολογικές επιδράσεις των ακτινοβολιών και µέτρα ραδιοπροστασίας Γενικά. Ο άνθρωπος από την εµφάνιση του µέχρι το θάνατο του εκτίθεται σε ένα χαµηλό υπόστρωµα ακτινοβολίας. Προκειµένου να γίνει εκτίµηση των ραδιολογικών επιπτώσεων της ακτινοβολίας στην ανόργανη και οργανική ύλη, απαιτείται ο ορισµός ποσοτήτων µε τις οποίες θα εκφράζονται ποσοτικά τα πεδία των ακτινοβολιών και οι επιπτώσεις τους. Η ειδική ραδιενέργεια (ενεργότητα) µιας ραδιοϊσοτοπικής πηγής, ορίζεται ως το πηλίκο της ραδιενέργειας ανά µονάδα µάζας του ραδιοϊσοτοπικού δείγµατος. Εάν είναι γνωστός και ο συντελεστής απορρόφησης του µελετούµενου υλικού (ιστοί, νερό, τσιµέντο, κλπ) στη συγκεκριµένη ενέργεια του ραδιενεργού πεδίου, τότε είναι δυνατός και ο υπολογισµός µιας νέας ραδιολογικής ποσότητας της ραδιενεργού δόσης. 19

32 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Η ραδιενεργός δόση ορίζεται σαν το ποσό ενέργειας που αποτίθεται ανά µονάδα µάζας του µελετούµενου υλικού από κάθε είδους ακτινοβολία, όταν αυτό βρίσκεται εντός ραδιενεργού πεδίου. Η ραδιενεργός έκθεση χρησιµοποιήθηκε στα πρώτα βήµατα της έρευνας των ραδιοϊσοτόπων και είναι µια ποσότητα που περιγράφει τα πεδία της ακτινοβολίας Χ ή γ όπως η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου από ένα σηµειακό φορτίο. Είναι το πηλίκο των φορτίων που απελευθερώνονται, λόγω ιονισµού του αέρα από την ακτινοβολία µέσα σε µια ορισµένη µάζα αυτού, προς αυτή τη µάζα. Η µονάδα µέτρησης αυτής είναι το Roentgen, 1R=2, Cb/Kg αέρα. ύο διαφορετικά υλικά εάν εκτεθούν στην ίδια ραδιενεργό έκθεση, τα ποσά ενέργειας που θα απορροφηθούν κατά τη δίοδο της ραδιενεργού ακτινοβολίας µέσα από αυτά, είναι συνήθως διαφορετικά. Με τον όρο απορροφούµενη δόση (D) ορίζεται το ποσό της ενέργειας που αποδίδεται µε την ακτινοβολία στη µονάδα µάζας του υλικού. Ως µονάδα µέτρησης χρησιµοποιείται το rad. 1rad=100erg/gr ή στο SI µε : 1Gy=0,01Joule/kg Η έρευνα των βιολογικών αποτελεσµάτων της ακτινοβολίας, απέδειξε ότι η απορρόφηση ίσων ποσών ενέργειας ανά µονάδα µάζας υπό διάφορες συνθήκες ακτινοβόλησης (διαφορετικό είδος ακτινοβολίας), δεν προκαλεί τις ίδιες βιολογικές επιπτώσεις. ηλαδή τα βιολογικά αποτελέσµατα δεν εξαρτώνται µόνο από την ολική αποτιθέµενη ενέργεια αλλά και από τον τρόπο µε τον οποίο η ενέργεια κατανέµεται κατά µήκος της τροχιάς της ακτινοβολίας. Έτσι για την ίδια απορροφούµενη δόση η βιολογική βλάβη που προκαλεί η α-ακτινοβολία είναι πολύ µεγαλύτερη από αυτή που θα προκαλέσει η γ-ακτινοβολία. Προκειµένου να ληφθούν υπόψη αυτές οι διαφορές χρησιµοποιείται µια νέα φυσική ποσότητα (Η) που καλείται «ισοδύναµη δόση». 20

33 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ισοδύναµη δόση ορίζεται ως το γινόµενο της απορροφούµενης δόσης µε το συντελεστή ποιότητας: H=D. Q Όπου: D: απορροφούµενη δόση. Q: αδιάστατος αριθµός, τιµές του οποίου λαµβάνονται από τον πίνακα: Χ και γ-ακτινοβολία 1 β-ακτινοβολία 1 Θερµικά νετρόνια 5 ταχέα νετρόνια 10 α-σωµάτια 20 πρωτόνια 10 Πίνακας 2. 1.: Τιµές για τον αριθµό Q για κάθε είδος ακτινοβολία. Η ισοδύναµη δόση µετράται σε rem όταν η απορροφούµενη δόση µετράται σε rad και σε (SV) Sievert και όταν η (H) µετρείται σε Gy 1Sv=100rem. Βιολογική δόση BD είναι το µέγεθος που προκύπτει αν πολλαπλασιάσουµε την απορροφούµενη δόση D µε τη σχετική βιολογική αποτελεσµατικότητα RBE που χαρακτηρίζει µια ακτινοβολία, όταν αυτή αλληλεπιδρά µε ιστούς. RBE είναι η σχετική βιολογική αποτελεσµατικότητα για ένα ορισµένο είδος ακτινοβολίας που ορίζεται ως ο λόγος της απορροφούµενης δόσης των ακτίνων Χ καθορισµένης έντασης οι οποίες παράγουν ένα ορισµένο αποτέλεσµα σε ιστούς, προς την απορροφούµενη δόση της εξεταζόµενης ακτινοβολίας που θα προκαλέσει το ίδιο βιολογικό αποτέλεσµα µε τις ακτίνες Χ. Μονάδα µέτρησης της βιολογικής δόσης είναι το rem, που είναι τα αρχικά των λέξεων Roentgen Equivalent Man (Ισοδύναµο Roentgen ανθρώπου), που 21

34 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ ορίζεται ως εξής: 1 rem είναι η απορροφούµενη δόση µιας ακτινοβολίας που προκαλεί το ίδιο βιολογικό αποτέλεσµα µε ένα rad ακτίνων γ ή Χ. 100 rad = 1 J / kg=10000 erg/gr Η ενεργή δόση ορίζεται ως η µέση ισοδύναµη δόση που δέχεται ένας ιστός ή όργανο του ανθρώπινου σώµατος κατά την ακτινοβόληση. Πολλαπλασιάζεται επί ένα συντελεστή βαρύτητας που είναι χαρακτηριστικός για τον συγκεκριµένο ιστό ή όργανο. Για τον κάθε ιστό ή όργανο του σώµατος που ακτινοβολείται αντιστοιχεί και ένα τέτοιο γινόµενο της µέσης ισοδύναµης δόσης επί τον συντελεστή βαρύτητας. Το άθροισµα όλων αυτών των γινοµένων δίνει την ενεργή δόση που δέχθηκε ο ανθρώπινος οργανισµός. Μερικές τιµές του συντελεστή βαρύτητας για τα διάφορα όργανα ή τους ιστούς είναι οι εξής: Όργανο / ιστός Συντελεστής Βαρύτητας Γενετικά κύτταρα 25% Μυελός των οστών 13% Πνεύµονες 13% Θυρεοειδής 3% Επιφάνεια οστών 3% Πίνακας 2. 2.: Χαρακτηριστικός συντελεστής βαρύτητας για συγκεκριµένο ιστό ή όργανο. Οι ιστοί ή τα όργανα που παίρνουν τις µεγαλύτερες ισοδύναµες δόσεις κατά την ακτινοβόληση έχουν συντελεστή βαρύτητας 6%. Η ενεργή δόση εκφράζεται σε rem ή Sievert. Όπου: 1Sv=100rem WL καθορίζεται ως οποιοσδήποτε συνδυασµός ποσοτήτων βραχύβιων προϊόντων διάσπασης Ραδονίου σε 1lt αέρα, που θα αποδώσει 1, MeV δυναµικής ενέργειας σ αυτόν, µέσω εκποµπής σωµατιδίων α. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι 0,02WL ισοδυναµούν µε συγκέντρωση των 22

35 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 παραπάνω ίση µε 4pCi/lt (4pCi/lt αποδίδουν σε 1lt αέρα 2600MeV δυναµικής ενέργειας) Βιολογικές επιπτώσεις. Οι βιολογικές επιπτώσεις των ακτινοβολιών στους οργανισµούς διακρίνονται σε δύο µεγάλες κατηγορίες, τις σωµατικές και τις γενετικές. Οι σωµατικές επιπτώσεις υποδιαιρούνται σε άµεσες και καθυστερηµένες. Οι άµεσες συσχετίζονται µε µεγάλες δόσεις σε µικρά χρονικά διαστήµατα (δόσεις µεγαλύτερες από 50 rems επί όλου του σώµατος µέσα σε χρόνο µικρότερο της µιας ηµέρας). όση (rem) Πιθανά αποτελέσµατα 0-50 Όχι προφανείς επιπτώσεις. Πιθανόν µικρές µεταβολές στο αίµα Εµετός και ναυτία. Κόπωση αλλά όχι πλήρης ανικανότητα προς εργασία Εµετός και ναυτία. Περίπου στο 50% των ατόµων. Κανένας θάνατος Από την πρώτη µέρα εµετός και ναυτία σε όλους. Ακολουθούν όχι καθυστερηµένα συµπτώµατα π. χ. ανορεξία, πονοκέφαλος, διάρροια. Πεθαίνει το 20% µετά από δύο Εβδοµάδες. Όπως τα Παραπάνω σε εντονότερο βαθµό. Πεθαίνει το 50% και οι επιζώντες αναρρώνουν µέσα σε έξι µήνες. Εµετός και ναυτία σε όλους µετά από ώρες. Σε οξεία µορφή τα υπόλοιπα συµπτώµατα και θάνατος περίπου 100%. Εµετός και ναυτία σε όλους µέσα σε 1 ή ώρες. Πιθανώς δεν υπάρχουν επιζώντες. Πίνακας 2. 3.: Πιθανά αποτελέσµατα σε συνάρτηση µε την δόση από ακτινοβολία που µπορεί να λάβει κάποιο άτοµο. 23

36 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Τα καθυστερηµένα (late effects) αποτελέσµατα από την έκθεση στην ακτινοβολία, είναι εκείνα που συµβαίνουν σε κάποιο χρόνο µετά την έκθεση ή σαν αποτέλεσµα συνεχούς έκθεσης σε χαµηλής στάθµης ακτινοβολίες. Αυτά όµως εκτιµώνται στατιστικά και µπορούν να εµφανιστούν µε τη δηµιουργία καρκίνου, λευχαιµίας, καταρράκτη, στείρωσης, τοπικών βλαβών πάνω στους ιστούς του δέρµατος, µείωσης της αµυντικής ικανότητας και σµίκρυνσης του χρόνου ζωής του οργανισµού από µη καθορισµένα αίτια. Οι ενδείξεις για τις γενετικές επιπτώσεις προέρχονται κατά κύριο λόγο από πειράµατα που έγιναν σε πειραµατόζωα και προεκτείνονται και για τον άνθρωπο. Πέρα όµως από αυτές τις πειραµατικές παρατηρήσεις δυστυχώς υπάρχουν µελέτες πάνω σε ανθρώπους, όπως είναι οι κάτοικοι των Ιαπωνικών πόλεων Χιροσίµα και Ναγκασάκι, όπως είναι όσοι έχουν εκτεθεί σε ακτινοβολία λόγω ατυχήµατος σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και οι ασθενείς που ακτινοβολήθηκαν για θεραπευτικούς λόγους Mέγιστη επιτρεπόµενη έκθεση. Τα όρια έκθεσης σε ραδιενεργό ακτινοβολία έχουν οριστεί από την NRC και έχουν τεθεί σε ένα επίπεδο, τέτοιο που να ελαχιστοποιεί την πιθανότητα παρουσίασης ανεπιθύµητων συµπτωµάτων λόγω της ακτινοβολίας αυτής. Τα όρια αυτά ονοµάζονται Μέγιστη επιτρεπόµενη έκθεση. Ωστόσο όµως, τα όρια αυτά δεν πρέπει για κανένα λόγο να θεωρούνται απολύτως ασφαλή ειδικά από άτοµα που στον χώρο εργασίας τους εκτίθενται σε ραδιενεργό ακτινοβολία. Οι άνθρωποι αυτοί πρέπει να είναι ιδιαιτέρως προσεκτικοί και να είναι υπεύθυνοι ώστε να διατηρήσουν την έκθεση τους στην ακτινοβολία σε όσο πιο χαµηλά επίπεδα είναι δυνατόν, και να αποφεύγουν κάθε έκθεση σε ακτινοβολία όταν αυτή δεν είναι απαραίτητη. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται τα όρια τόσο για ολόκληρο το σώµα όσο και για ξεχωριστά µέρη του σώµατος αλλά και για όργανα, σε ενήλικες και ανήλικους. Εύκολα παρατηρείται ότι το όριο έκθεσης για ολόκληρο το σώµα είναι χαµηλότερο από το αντίστοιχο για κάθε όργανο, ή µέρος του σώµατος ξεχωριστά. 24

37 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Μέρος του σώµατος Ενήλικες επαγγελµατίες Ανήλικοι(<18) Ενήλικες µη επαγγελµατίες mrem/year mrem/year Όλο το σώµα, κεφάλι και κορµός (TEDE) Φακοί των µατιών (LDE) Άκρα (χέρια, αγκώνες, γόνατα, πόδια) (SDE) όση για κάθε όργανο ξεχωριστά (TODE) Επιδερµίδα σώµατος (SDE) Πίνακας 2. 4.: Μέγιστη επιτρεπόµενη δόση για κάθε µέρος του σώµατος για ανήλικα και ενήλικα άτοµα. Οι ποσότητες αυτές για τις δόσεις που αναφέρονται παραπάνω έχουν τεθεί σε εφαρµογή από 01/01/1994 και συνεχώς φθίνουν. 25

38 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ 26

39 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΠΟ ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΤΟ ΡΑ ΟΝΙΟ Ουράνιο U Γενικά. Είναι µέταλλο και ανήκει στην κατηγορία των ακτινιδίων Πηγές. Το Ουράνιο περιέχεται σε αρκετά ορυκτά µεταλλεύµατα όπως ο πισσουρανίτης, ο ουρανίτης, ο καρνονίτης κ. α. Ακόµη το Ουράνιο το συναντάµε και σε φωσφορικά πετρώµατα, στο λιγνίτη και στην άµµο από µοναζίτη. Στον φλοιό της γης υπάρχει σε αναλογία 3 ppm (parts per million). 27

40 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Ισότοπα. Το Ουράνιο έχει συνολικά δεκαέξι ισότοπα τα οποία είναι όλα ραδιενεργά. Τα κυριότερα από αυτά τα συναντάµε στη φύση µε την ακόλουθη ποσοστιαία αναλογία κατά βάρος: Το U-238 µε 99,28305%, το U-235 µε 0,7110% και το U- 234 µε 0,0054% Ιδιότητες. Στην τελική µορφή έπειτα από κατεργασία το Ουράνιο παρουσιάζει αργυρόλευκο χρώµα. Είναι ελαφρώς πιο µαλακό από τον χάλυβα. Ακόµη είναι όλκιµο και ελατό µέταλλο, ιδιότητες που το καθιστούν κατεργάσιµο. Οξειδώνεται εύκολα σχηµατίζοντας ένα λεπτό στρώµα οξειδίων Χρήσεις. Παλαιότερα χρησιµοποιήθηκε στην ραδιοχρονολόγηση ηφαιστιογενών πετρωµάτων λόγω του µεγάλου χρόνου ηµιζωής που έχει και είναι 4,5 δισεκατοµµύρια χρόνια. Κύρια όµως, χρησιµοποιείται ως πυρηνικό καύσιµο. Το U-238 µπορεί να µετατραπεί σε σχάσιµο πλουτώνιο (Pu) µε την ακόλουθη αντίδραση: 238 U(n,γ) 239 U(β) 239 Np(β) 239 Pu. Το ισότοπο U-235 χρησιµοποιείται απευθείας ως πυρηνικό καύσιµο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, είτε για ερευνητικούς σκοπούς είτε για την παραγωγή ισχύος. Πέρα όµως από την χρήση του σε εφαρµογές για ειρηνικούς σκοπούς το συναντάµε και στην πολεµική βιοµηχανία που χρησιµοποιείται για την κατασκευή πυρηνικών όπλων. Επίσης µια άλλη χρήση του Ουρανίου καθίσταται δυνατή έπειτα από την αφαίρεση του U-235 από το φυσικό Ουράνιο, όπου το προϊόν που αποµένει είναι το απεµπλουτισµένο Ουράνιο, γνωστό και σαν DU. To µέταλλο αυτό λόγω των πολύ καλών µηχανικών του ιδιοτήτων, σε σχέση µε άλλα µέταλλα χρησιµοποιείται σε κράµατα για την κατασκευή βληµάτων και άλλων κατασκευών στις οποίες απαιτείται µεγάλη αντοχή. 28

41 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Θόριο Th Γενικά. Είναι µέταλλο και ανήκει στην κατηγορία των ακτινιδίων Πηγές. Το Θόριο περιέχεται στο ορυκτό Θορίτης (ThSiO 4 ) καθώς και στο οξείδιο του Θορίου (ΤhO 2 ). Το τελευταίο το συναντάµε στον µοναζίτη και σε ποσοστά από 3% µέχρι 9%. Το Θόριο απαντάται σε µεγάλες ποσότητες στην ευρύτερη περιοχή της Νέας Αγγλίας (Νew England USA). Πιστεύεται ότι τα αποθέµατα του Θορίου στη φύση είναι τρεις φορές περισσότερα από αυτά του Ουρανίου Ισότοπα. Σήµερα τα γνωστά ισότοπα του Θορίου αριθµούν 25, µε µαζικούς αριθµούς από 212 έως και 236, και είναι όλα ασταθή. Το Th-232 που υπάρχει στη φύση, όταν διασπάται παράγει µεταξύ των άλλων στοιχείων και Rn-220 που είναι γνωστό ως Θορόνιο Χρήσεις. Το Θόριο χρησιµοποιείται σε κράµατα µαγνησίου βελτιώνοντας τις µηχανικές ιδιότητες του υλικού και στην κατασκευή λαµπτήρων ως κάλυµµα του βολφραµίου. Εκτός όµως από τις τεχνικές εφαρµογές αποτελεί και µία πηγή πυρηνικής ενέργειας που µάλιστα θεωρείται ότι παρέχει περισσότερη χρήσιµη ενέργεια σε σχέση µε το Ουράνιο και τα άλλα φυσικά καύσιµα. Στην παρούσα φάση όµως δεν χρησιµοποιείται σαν πυρηνικό καύσιµο λόγω τεχνικών δυσκολιών τόσο στην κατασκευή, όσο και στην οµαλή και ακίνδυνη λειτουργία του αντιδραστήρα. 29

42 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Φυσικές ραδιενεργές σειρές που παράγουν Ραδόνιο. Α Ζ Ακτινοβολία Χρόνος Ηµιζωής U α 4,47Ε9 y Th β 24,1 d Pa 234m 91 β 1,17 m U α 2,45E5 y Th α 7,54E4 y Ra α 1,6E3 y Rn α 3,82 d Po α 3,11 m Pb β 26,8 m 99,28% Bi β 19,9 m 0,02% Po α 164 µs Pb β 22,3 y Bi β 5,01 d Po α 138,4 d Pb Σταθερό σταθερό Πίνακας 3. 1.: Η σειρά του Ουρανίου 238. Στοιχείο Α Ζ Ακτινοβολία Χρόνος Ηµιζωής U α 7,04E8 y Th β 25,52 h Pa α 3,28E4 y 98,62% As β 21,77 y 1,38% Th α 18,72 d Ra α 11,43 d Rn α 3,96 s Po α 1,78 ms Pb β 36,1 m Bi α 2,15 m Tl β 4,77 m Pb σταθερό σταθερό Πίνακας 3. 2.: Η σειρά του Ουρανίου

43 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Στοιχείο Α Ζ Ακτινοβολία Χρόνος Ηµιζωής Th α 1,4Ε10 y Ra β 5,75 y Ac β 6,13 h Th α 1,91 y Ra α 3,66 d Rn α 55,6 s Po α 0,15 s Pb β 10,64 h Bi α-β 60,55 m 35,90% Tl β 3,07 m 64,10% Po α 0,298µs Pb σταθερό σταθερό Πίνακας 3. 3.: Η σειρά του Θορίου 232. Στους παραπάνω πίνακες παρουσιάζονται οι τρεις τρόποι από τους οποίους είναι δυνατό να παραχθεί Ραδόνιο όπως και άλλα στοιχεία µε διάσπαση πυρήνων U-238, U-235 και Th-232. Επίσης παρουσιάζεται και το είδος της ακτινοβολίας που παράγεται κατά την διάσπαση κάθε πυρήνα καθώς και ο χρόνος ηµιζωής του κάθε στοιχείου. Όπου: y: έτη (years), d:ηµέρες (days), m: λεπτά (minutes), s: δευτερόλεπτα (seconds), A: Μαζικός αριθµός, Z: Ατοµικός αριθµός. Στην περίπτωση του Ραδονίου (Rn) όπως φαίνεται, έχουµε ένα ραδιενεργό αέριο στοιχείο που κατά τη διάσπαση του σε Πολώνιο (Po) εκπέµπεται ακτινοβολία α, δηλαδή πυρήνες Ηλίου (He). Με άλλα λόγια το Ραδόνιο είναι ραδιενεργό στοιχείο το οποίο συµβάλει στην αύξηση της δόσης που λαµβάνει ο ανθρώπινος οργανισµός δεδοµένου ότι έχει εκτεθεί στην ακτινοβολία του στοιχείου αυτού 31

44 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ καθώς και των προϊόντων διάσπασής του, εφόσον αυτά υπάρχουν στους εσωτερικούς χώρους. Στη συνέχεια παρατίθεται ένα παράδειγµα πυρηνικής αντίδρασης (διάσπασης) για την µεταστoιχείωση του U-238 σε Th-234 και τη παραγωγή σωµατιδίων α, U Th He + γ καθώς φαίνεται και η µεταστοιχείωση του Th-234 προς Pa-234m και παραγωγή ακτινοβολίας γ. Στην περίπτωση αυτή λαµβάνεται και ένα αντινετρίνο: Th Pa β + γ + νe Με τη λογική αυτή (αρχή διατήρησης µάζας, φορτίου, ενέργειας, spin) πραγµατοποιούνται και οι υπόλοιπες πυρηνικές αντιδράσεις (διασπάσεις). Τέλος, για τις βασικότερες διασπάσεις του Ραδονίου και των θυγατρικών του, ισχύουν οι αντιδράσεις: Rn Po Po Pb Pb Bi + β + ν Bi Po + β + ν Po Pb Pb Bi + β + ν Bi Po + β + ν α α α Po Pb + α, ( Pb : stable)

45 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΠΟΡΕΙΑ ΤΟΥ ΡΑ ΟΝΙΟΥ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΗΓΗ ΤΟΥ ΜΕΧΡΙ ΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΗ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Μακροσκοπικές πηγές Ραδονίου Έδαφος. Η σειρά του U-238, τυπικά περιέχεται στα εδάφη και στους βράχους, λόγω της ύπαρξης του U µέσα σε αυτούς σε συγκεντρώσεις περίπου 3pCi/gr και συµπεριλαµβάνει στα θυγατρικά της το Ra 226, την πηγή δηλαδή του Rn-222. Η ακριβής διαδροµή του Rn στο έδαφος εξαρτάται από το ποσοστό του διαχεόµενου Rn, το µήκος διάχυσης και άλλους µηχανισµούς µεταφοράς 33

46 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ (συµπεριλαµβανοµένης και της µεταφοράς µέσω του νερού) µέσα στα πετρώµατα και το χώµα. Μετρήσεις που έγιναν από διάφορους ερευνητές έδειξαν ότι ο µέσος ρυθµός απορροής του Rn από το έδαφος είναι 0,42 pci/m 2 s. Με αυτόν το δεδοµένο ρυθµό απορροής του Ραδονίου και µε την προϋπόθεση ότι το απορρέον Ραδόνιο διεισδύει στον εσωτερικό χώρο ενός µονώροφου κτίσµατος, η συνεισφορά του εδάφους στο επίπεδο συγκέντρωσης του Ραδονίου (εντός του κτιρίου) είναι περίπου 1 pci/lt αέρα, για τυπικό ρυθµό ανανέωσης του αέρα την µία ώρα. Πρέπει να επισηµανθεί ότι ο ρυθµός απορροής δεν είναι σταθερός κι έτσι διαφέρει σε σηµαντικό βαθµό από περιοχή σε περιοχή Νερό Νερό πηγής. Το νερό πηγής που βρίσκεται υπογείως µπορεί να µεταφέρει το Ραδόνιο από το έδαφος στο δίκτυο και κατ επέκταση στα κτίρια, κατά τη διάρκεια της χρήσης του σε εργασίες στην κουζίνα, στη τουαλέτα, καθώς και στις ηλεκτρικές συσκευές που το χρησιµοποιούν για τη λειτουργία τους. Κατά την ΕPΑ υπολογίζεται πως συγκέντρωση Ραδονίου στο νερό περίπου ίση µε pci/lt, συνεισφέρει συγκέντρωση Ραδονίου στον συνολικό όγκο αέρα σ ολόκληρο το σπίτι ίση µε 1.0 pci/lt. Έχει παρατηρηθεί ότι ο λόγος της συγκέντρωσης του Ραδονίου στο νερό προς τη συγκέντρωση του Ραδονίου στον αέρα της τουαλέτας κατά την διάρκεια του ντους, µπορεί να φθάσει και σε πολύ υψηλότερα επίπεδα (από 100:1 έως περίπου 300:1), λόγω µεγάλης αποδιαλυτοποίησης του αερίου µέσω του µηχανισµού διάσπασης του νερού σε µικρά σταγονίδια από το ντους. Τέλος µετρήθηκε η συγκέντρωση Ραδονίου στο νερό των πηγών του Κολοράντο, σε µια έρευνα που έγινε, και ο µέσος όρος βρέθηκε να είναι περίπου ίσος µε 3000 pci/lt. Αξιοσηµείωτο είναι ότι σε µία από αυτές, η συγκέντρωση έφθασε τα pci/lt (δηλαδή από αυτή την πηγή µέσω του δικτύου θα αυξανόταν η συγκέντρωση Ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους κατά 300 pci/lt)! Νερό δικτύου. Το νερό που προέρχεται από παροχές δηµοτικών δεξαµενών και δεδοµένου ότι έχει παραµείνει σ αυτές για περισσότερο από 30 ηµέρες, περιέχει Ραδόνιο σε 34

47 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 πολύ χαµηλά έως µηδενικά επίπεδα. Αυτό συµβαίνει διότι έχει ήδη περάσει χρόνος µεγαλύτερος από 6 ηµίσειες ζωές του στοιχείου (Τ 1/2 =3,8 ηµέρες), µε αποτέλεσµα λόγω της φυσικής ραδιενεργής διάσπασής του να έχει εκλείψει Γκάζι Φυσικό αέριο. Το φυσικό αέριο αναφέρεται σαν µία πιθανή πηγή Ραδονίου για εσωτερικούς χώρους. Περιέχει ραδιενεργά στοιχεία σε διάφορες συγκεντρώσεις, ανάλογα µε τη γεωλογία στο χώρο παραγωγής και κίνησης του αερίου εντός της γης. Έτσι όταν αυτό καταναλώνεται στους εσωτερικούς χώρους, το Ραδόνιο και τα άλλα ραδιενεργά στοιχεία απελευθερώνονται εντός αυτών. Η συγκέντρωση του Ραδονίου στο φυσικό αέριο του Ηuston βρέθηκε περίπου ίση µε 50 pci/lt. Η συγκέντρωση Ραδονίου σε διάφορα σηµεία του δικτύου διανοµής στην Αµερική βρέθηκε κατά µέσο όρο ίση µε 20 pci/lt. Η συνεισφορά της χρήσης του φυσικού αερίου στη συγκέντρωση Ραδονίου στους εσωτερικούς χώρους βρέθηκε λιγότερη από 0,1 pci/lt για συνήθεις ρυθµούς ανανέωσης του αέρα Κύριες δίοδοι εισόδου του Ραδονίου στα κτίρια. Παρ όλες τις δυσκολίες που υπάρχουν στον ακριβή εντοπισµό των διόδων εισόδου του Ραδονίου στους εσωτερικούς χώρους, έχουν γίνει αρκετές µελέτες στο θέµα αυτό, όπου οι µελετητές έχουν υπολογίσει και την συµβολή των διαφόρων πηγών στο ρυθµό εισόδου. Ο Bruno (1983) υπολόγισε τη συµβολή αυτή σε ένα σπίτι ενός ορόφου και µε ρυθµό εξαερισµού 1m 3 /h. Συµπέρανε ότι το 17% του Ραδονίου προέρχεται από τα δοµικά υλικά λόγω διάχυσης, ποσοστό που µπορεί να αυξηθεί για σπίτια που έχουν µικρότερους ρυθµούς εξαερισµού. Την ίδια χρονιά ένας άλλος ερευνητής ο Ingersoll συµπέρανε ότι το σκυρόδεµα των κτιρίων συνέβαλε κατά 4-8 Bq/m 3 στην εσωτερική συγκέντρωση Ραδονίου. Το 1986 οι Harley και Terilli υπολόγισαν τη διάχυση και τη µεταφορά ως µηχανισµούς εξαγωγής Ραδονίου εντός του σπιτιού, και κατέληξαν στο συµπέρασµα ότι το 70% του διαχεόµενου Ραδονίου προερχόταν από το Ra-226 που περιεχόταν στο µπετόν της κατασκευής. Ποιοτικές συγκρίσεις των αποτελεσµάτων των ερευνών που έχουν πραγµατοποιηθεί µέχρι σήµερα δεν µπορούν να γίνουν, εξ αιτίας των διαφορών 35

48 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ στις παραδοχές και τις συνθήκες κάθε έρευνας. Απ όλες τις έρευνες που έχουν γίνει είναι φανερό ότι οι εξαγωγές των αερίων του εδάφους, αποτελούν την πιο σηµαντική πηγή του Ραδονίου στους εσωτερικούς χώρους. Κύρια αιτία για την είσοδο του Ραδονίου από τα θεµέλια µιας οικοδοµής στον εσωτερικό χώρο, είναι η µικρότερη πίεση που επικρατεί στο εσωτερικό απ ότι στο έδαφος κάτω από αυτήν, γεγονός που δηµιουργεί απορροή από το έδαφος προς την οικοδοµή. Εισέρχεται επίσης και από άλλα δοµικά υλικά εκτός του µπετόν, και από πόρους που υπάρχουν στα σηµεία µόνωσης των σωλήνων που µπαίνουν στο κτίριο από το έδαφος. Στην εικόνα (4. 1) που ακολουθεί φαίνονται τα κυριότερα σηµεία εισόδου του Ραδονίου µέσα σε ένα σπίτι τα οποία απαριθµούνται από το 1 µέχρι το 7. Εικόνα 4. 1.: Κυριότερα σηµεία εισόδου του Ραδονίου µέσα στο σπίτι. 1. Ρωγµές στο πάτωµα. 2. Κατασκευαστικές συνδέσεις. 3. Ρωγµές στους τοίχους. 4. ιάκενα στα δάπεδα. 5. ιάκενα στους σωλήνες παροχής. 6. Κοιλότητες (κουφώµατα) µέσα στους τοίχους. 7. Παροχή νερού. 36

49 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μέθοδοι µείωσης των επιπέδων συγκέντρωσης Ραδονίου. Για την µείωση των επιπέδων συγκέντρωσης του Ραδονίου τόσο σε εσωτερικούς χώρους όσο και στο νερό έχουν χρησιµοποιηθεί τα τελευταία χρόνια αρκετές µέθοδοι κυρίως στις ΗΠΑ. Οι πιο σηµαντικές περιγράφονται παρακάτω Σε εσωτερικούς χώρους. Στην περίπτωση αυτή υπάρχουν τεχνικές που παρέχουν τη δυνατότητα να προληφθεί η είσοδος του Ραδονίου στον εσωτερικό χώρο, ενώ άλλες τεχνικές µπορούν να συµβάλουν στη µείωση των επιπέδων της συγκέντρωσης του Ραδονίου αφού αυτό εισέλθει εντός της οικοδοµής. Η EPA (Environmental Protection Agency) γενικά προτείνει τεχνικές πρόληψης της εισόδου του Ραδονίου στην οικοδοµή. Μία εκ των µεθόδων είναι η τοποθέτηση σωλήνα µε το ένα του άκρο σε διαµόρφωση ανάστροφου ταφ ( ), που τοποθετείται κάτω από τα θεµέλια της οικοδοµής, ενώ το άλλο του άκρο φθάνει σε ύψος ελαφρώς µεγαλύτερο της οροφής. Με την µέθοδο αυτή το Ραδόνιο µεταφέρεται µέσω του αγωγού από το έδαφος έξω από την οικοδοµή (σχήµα 4. 2.). Άλλες µέθοδοι µείωσης της συγκέντρωσης του Ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους είναι η επισφράγιση (sealing) των ρωγµών των τοιχωµάτων και του δαπέδου µε ειδικές µπογιές ή άλλα στεγνωτικά υλικά (ρητίνες). Επίσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί ο φυσικός εξαερισµός ανοίγοντας πόρτες και παράθυρα. Μια άλλη µέθοδος είναι η διοχέτευση αέρα µε ανεµιστήρες στο υπόγειο, ώστε να αυξηθεί η πίεση στον χώρο αυτό και να εξισωθεί µε την πίεση του Ραδονίου µέσα στο έδαφος, έτσι ώστε να αποφεύγεται το φαινόµενο της αναρρόφησης. 37

50 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Εικόνα 4. 2.: Σχηµατική περιγραφή µεθόδων για µείωση της συγκέντρωσης του Ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους. Όπου: A: ιαπερατό στρώµα. Η στρώση αυτή από αδρανές υλικό τοποθετείται κάτω από το πάτωµα ώστε τα αέρια του εδάφους να µπορούν να κινούνται ελεύθερα κάτω από το σπίτι. B: Φύλλο πλαστικού. Το φύλλο αυτό τοποθετείται πάνω από διαπερατό στρώµα και κάτω από το δάπεδο για να εµποδίζει τα αέρια του εδάφους να εισέρχονται στο σπίτι. C: Στεγανοποιητικό. Όλα τα ανοίγµατα (αρµοί) των θεµελίων στεγανοποιούνται για να µειωθεί η είσοδος αερίων από το έδαφος στο εσωτερικό του σπιτιού µέσω των πόρων και των συνδέσεων. D: Σωλήνας αερισµού. Πλαστικός σωλήνας διαµέτρου mm που ξεκινάει από το διαπερατό στρώµα, περνάει µέσα από το σπίτι και καταλήγει πάνω από τη στέγη διοχετεύοντας τα αέρια (µαζί και το Ραδόνιο) µακριά από το σπίτι. E: Κουτί σύνδεσης. Κουτί σύνδεσης για παροχή ηλεκτρικού ρεύµατος σε περίπτωση τοποθέτησης ηλεκτρικού ανεµιστήρα. 38

51 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Στο νερό. Υπάρχουν δύο µέθοδοι που χρησιµοποιούνται για την αποµάκρυνση του Ραδονίου από το νερό Αερισµός (Aeration). Με την µέθοδο αυτή το νερό που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί για οικιακές χρήσεις ψεκάζεται µέσα σε ένα κλειστό δοχείο έτσι ώστε να διασπαστεί σε µικρά σταγονίδια. Ταυτόχρονα διοχετεύεται αέρας µε υψηλή πίεση ώστε να δηµιουργούνται φυσαλίδες και να γίνεται πιο εύκολη αποδιαλυτοποίηση του Rn από το νερό. Στη συνέχεια τα αέρια αποµακρύνονται από τον χώρο και το νερό διοχετεύεται για οικιακή χρήση µε µειωµένα κατά πολύ τα επίπεδα συγκέντρωσης του Ραδονίου Κόκκοι ενεργού άνθρακα (Granulated Activated Carbon). Στη δεύτερη µέθοδο χρησιµοποιούνται φίλτρα που περιέχουν κόκκους ενεργού άνθρακα και είναι γνωστά ως GAC. Συγκεκριµένα το νερό περνά µέσα από τους κόκκους του ενεργού άνθρακα (φιλτράρεται) όπου το Ραδόνιο δεσµεύεται από τον άνθρακα και το νερό διοχετεύεται για χρήση. Ένα πλεονέκτηµα της µεθόδου αυτής είναι ότι τα φίλτρα µε τους κόκκους ενεργού άνθρακα βρίσκονται µέσα σε ντεπόζιτα τα οποία είναι υπό πίεση και έτσι η χρήση πιεστικών συστηµάτων για την παροχή του νερού δεν είναι αναγκαία Μηχανισµοί εισαγωγής στο σώµα και αλληλεπίδραση µε τον ανθρώπινο οργανισµό. Καθ ότι το Ραδόνιο είναι ένα χηµικά αδρανές ραδιενεργό αέριο πολύ πτητικό, εισέρχεται στην ατµόσφαιρα είτε από το έδαφος είτε από το νερό (λίµνες, θάλασσες) κατόπιν εξάτµισής του και αποδιαλυτοποίησης του αερίου από αυτό. Σε κλειστούς εσωτερικούς χώρους απαντάται κυρίως λόγω των δοµικών υλικών ή του νερού οικιακής χρήσης. (Για µηχανισµούς εισαγωγής βλέπε προηγούµενη ενότητα). Στον ανθρώπινο οργανισµό εισέρχεται µέσω του αναπνευστικού συστήµατος κατά την αναπνοή σε χώρους όπου η συγκέντρωσή του είναι µεγάλη. Σε κλειστούς εσωτερικούς χώρους µε υψηλή συγκέντρωση Ραδονίου και σε 39

52 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ συνδυασµό µε τον καπνό από τσιγάρα, η έκθεση του ανθρώπου στη ραδιενέργεια καθίσταται πολύ σηµαντική. (Το φυτό του καπνού απορροφά εκλεκτικά σε µεγάλο βαθµό από το χώµα το Ra και τα παράγωγα του). Στους εξωτερικούς χώρους η εισαγωγή του Ραδονίου και των προϊόντων του στον ανθρώπινο οργανισµό γίνεται και πάλι από το αναπνευστικό σύστηµα αλλά αυτή τη φορά τα παράγωγα του Ραδονίου είναι προσκολληµένα σε σωµατιδιακή ύλη (σκόνη). Η όλη διεργασία συσσωµάτωσης των παραπάνω περιγράφεται παρακάτω: Από τη µεταστοιχείωση του Rn προκύπτουν θυγατρικά στοιχεία (ραδιενεργά µέταλλα) ηλεκτρικά φορτισµένα, τα οποία λόγω των φορτίων τους τείνουν να προσκολληθούν στην ηλεκτρικά ουδέτερη σκόνη που υπάρχει στον αέρα. Σύµφωνα µε τον ερευνητή Blifford η προσκόλληση των προϊόντων του Ραδονίου πραγµατοποιείται σε χρονικό διάστηµα δεκαπέντε ηµερών. Στο διάστηµα αυτό ωστόσο υπάρχουν διάφοροι µηχανισµοί που είναι δυνατόν να µετακινήσουν τη σκόνη όπως παραδείγµατος χάριν οι άνεµοι, η βροχή, κλπ. Τα προϊόντα του Rn αφού συσσωµατωθούν µε την σωµατιδιακή ύλη, αποκτούν ραδιενεργό ισορροπία µε το Ραδόνιο του εν λόγω χώρου σε χρόνο περίπου δύο ωρών. Βρέθηκε ότι το µεγαλύτερο ποσό ραδιενέργειας συγκεντρώνεται σε σωµατίδια µε αεροδυναµική διάµετρο µικρότερη από 3,5x10-2 µm. Εποµένως η λεπτόκοκκη σκόνη είναι αυτή που γίνεται ευκολότερα ραδιενεργή, η οποία εισέρχεται και επικάθεται στην αναπνευστική οδό και περισσότερο στα επιθήλια των πνευµόνων, σε αντιδιαστολή µε αυτή του µεγαλύτερου µεγέθους (η οποία κατά το µεγαλύτερο ποσοστό της δεν εισέρχεται στο αναπνευστικό σύστηµα). Τµήµα των επικαθηµένων σωµατιδίων εισέρχεται στο αίµα και µεταφέρεται στα διάφορα όργανα και τους ιστούς, όπου η συγκέντρωση των ραδιονουκλιδίων διαφοροποιείται σύµφωνα µε τον (βιολογικό) µεταβολισµό τους. Το υπόλοιπο µέρος επικάθεται στους ιστούς των πνευµόνων και έτσι αυξάνεται η πιθανότητα για προσβολή του οργανισµού από καρκίνο του πνεύµονα Μηχανισµοί καρκινογένεσης. Ως καρκινογένεση ορίζουµε τη δηµιουργία καρκινικών κυττάρων στον οργανισµό. Η ανάπτυξή τους δεν είναι φυσιολογική και έχουν τη δυνατότητα να προσβάλλουν ιστούς και διάφορα όργανα παρασιτικά µε τον µηχανισµό της µετάστασης, µέσω του οποίου και εξαπλώνονται. 40

53 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η δηµιουργία καρκινώµατος είναι µία διαδικασία που απαιτεί αρκετά χρόνια, από πέντε έως δεκαπέντε ή πολλές φορές και περισσότερα. Για την έναρξη της δηµιουργίας καρκινώµατος, χρειάζεται να υπάρξουν οι κατάλληλες συνθήκες και να υλοποιηθούν κάποιες διεργασίες. Ένα φυσιολογικό κύτταρο µπορεί να γίνει καρκινικό όταν µέρος ενός γονιδίου του χαθεί ή όταν µέρος ενός χρωµατοσώµατος του µεταλλαχθεί ή ακόµα όταν υπάρχει µια µικρή ατέλεια στο DNA του, που θα έχει σαν αποτέλεσµα µια αντικανονική µετάδοση πληροφοριών (blueprint), η οποία µε τη σειρά της είναι υπεύθυνη για την παραγωγή µιας ελλειπούς καρκινογενετικής πρωτεΐνης. Στην περίπτωση του Ραδονίου όταν αυτό µεταστοιχειώνεται σε άλλους πυρήνες εντός των πνευµόνων, τα παραγόµενα σωµατίδια α είναι αυτά που µπορούν να προκαλέσουν την καρκινογένεση. Μεγαλύτερο πρόβληµα όµως δηµιουργούν τα συσσωµατωµένα µε σωµατίδια παράγωγα (θυγατρικά) του Ραδονίου, τα οποία έχουν επικαθίσει στους ιστούς των πνευµόνων και τους ακτινοβολούν µε σωµατίδια α, εξ επαφής, λόγω της περαιτέρω α-διάσπασής τους. Πληροφορίες σχετικά µε καρκινογενέσεις από το Ραδόνιο, προέρχονται από µοριακές ή κυτταρικές µελέτες, που πραγµατοποιήθηκαν είτε για ανθρώπους (επιδηµιολογικές) είτε σε πειραµατόζωα Μοντέλο για τον υπολογισµό του κινδύνου από το Ραδόνιο σε εσωτερικούς χώρους. Το Εθνικό συµβούλιο Έρευνας των ΗΠΑ (National Research Council) σε δηµοσίευσή του για το έκτο συνέδριο πάνω στις βιολογικές επιπτώσεις από την ιονίζουσα ακτινοβολία (Biological Effects on Ionizing Radiation), (BEIR VI), αναφέρθηκε στην πιθανότητα δηµιουργίας καρκίνου του πνεύµονα σε συνάρτηση µε την έκθεση στο Ραδόνιο, καθώς και στα προϊόντα µεταστοιχείωσής του. Έτσι λοιπόν δηµιουργήθηκε η ανάγκη κατασκευής ενός µαθηµατικού µοντέλου, που να παρουσιάζει τη σχέση µεταξύ της έκθεσης σε Ραδόνιο σε εσωτερικούς χώρους και της πιθανότητας δηµιουργίας καρκίνου του πνεύµονα. Για τη δηµιουργία του µοντέλου αυτού επιλέχθηκε µια εµπειρική προσέγγιση, βασισµένη σε ανάλυση πληροφοριών και δεδοµένων από επιδηµιολογικές έρευνες σε µεταλλωρύχους, οι οποίοι είχαν εκτεθεί σε Ραδόνιο επί σειρά ετών. Επίσης χρησιµοποιήθηκαν και δεδοµένα από µελέτες για έλεγχο του Ραδονίου σε 41

54 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ εσωτερικούς χώρους για τον γενικό πληθυσµό, συµπεριλαµβανοµένων των καπνιστών αλλά και των µη καπνιστών. Με κατάλληλη επεξεργασία έγιναν οι απαιτούµενοι συσχετισµοί και τροποποιήσεις, σύµφωνα µε τις συνθήκες που επικρατούν στα ορυχεία και στους εσωτερικούς χώρους Το µοντέλο πιθανότητας BEIR VΙ. Εξαρτηµένη σχετική πιθανότητα (ERR): ERR = β(θ 5-14 w θ w θ 25+ w 25+ )φ age γ z (4. 1) H παράµετρος β αντιπροσωπεύει την κλίση της καµπύλης της συνάρτησης της πιθανότητας ως προς την έκθεση για υποθετική αναφορά, κάθε φορά σε κατηγορίες-οµάδων ανθρώπων. Η έκθεση σε οποιαδήποτε ηλικία έχει τέσσερις συνιστώσες: έκθεση τα τελευταία 5 χρόνια, και εκθέσεις σε τρεις περιόδους στο παρελθόν. 5-14, και 25 ή περισσότερα χρόνια πριν. Αυτές οι εκθέσεις συµβολίζονται µε w 5-14,w και w 25+ αντίστοιχα και το καθένα µπορεί να έχει το δικό του σχετικό επίπεδο επιρροής θ 5-14 (ίσο µε µονάδα), θ και θ 25+ αντίστοιχα. Με αυτό το βαρυτικό σύστηµα η ολική έκθεση µπορεί να υπολογιστεί ως w * = θ 5-14 w θ w θ 25+ w 25+. Ο ρυθµός έκθεσης επιδρά επίσης στην πιθανότητα µέσω της παραµέτρου γ z. Όµως η επίδραση από ένα συγκεκριµένο επίπεδο έκθεσης, αυξάνεται µε την µείωση του ρυθµού έκθεσης, όπως ενδείκνυται είτε από τη διάρκεια της έκθεσης είτε από τη µέση συγκέντρωση από την οποία λήφθηκε η έκθεση. Το ERR αποκλίνει µε αυξανόµενη την ηλικία όπως περιγράφεται από την παράµετρο φ age. (Βλέπε Παράρτηµα) Επιπτώσεις του Ραδονίου στον ανθρώπινο οργανισµό, στις ΗΠΑ αλλά και σε παγκόσµιο επίπεδο. Οι πιο σηµαντικές πληροφορίες για τους κινδύνους που προκαλεί η έκθεση των ανθρώπων σε Ραδόνιο, προέρχεται από επιδηµιολογικές µελέτες σε ανθρώπους οι οποίοι εργάζονταν σε ορυχεία, και οι οποίοι εκτίθονταν σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις Ραδονίου. 42

55 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Το Ραδόνιο είναι γνωστό για την πρόκληση καρκίνου στον πνεύµονα στον άνθρωπο και έχει καταταχθεί στην πρώτη θέση όσον αφορά την συµβολή του στην καρκινογένεση, σύµφωνα µε το διεθνή οργανισµό υγείας IARC (International Agency for Research on Cancer) (1988). Αυτή η κατάταξη βασίζεται σε ισχυρές αποδείξεις από περιστατικά καρκίνου του πνεύµονα σε µεταλλωρύχους. Στοιχεία από έντεκα µελέτες που αφορούσαν την έκθεση εργατών ορυχείων σε Ραδόνιο, έδειξαν ότι περί τα 40% του συνόλου 2700 περιστατικών θανάτου από καρκίνο του πνεύµονα, που παρουσιάστηκαν µεταξύ εργατών, οφειλόταν στο Ραδόνιο σύµφωνα µε την NCI (National Cancer Institute) (1995). Μεταξύ των µη καπνιστών το 70% των περιστατικών θανάτου, από καρκίνο του πνεύµονα, πιστεύεται ότι προήλθαν από το Ραδόνιο, ενώ για τους καπνιστές στον ίδιο λόγο αποδίδεται το 39% των περιστατικών θανάτου. Ο κίνδυνος καρκινογένεσης λόγω Ραδονίου είναι 5 φορές µεγαλύτερος στους καπνιστές παρά στους µη καπνιστές. Σχετικό διάγραµµα που περιλαµβάνει άνδρες και γυναίκες καπνιστές ή µη στις ΗΠΑ φαίνεται παρακάτω. Παρουσιάζεται ο κίνδυνος ως προς την υγεία σε συνάρτηση µε τη συγκέντρωση Ραδονίου στα σπίτια Άνδρες καπνιστές Γυναίκες καπνίστριες Πληθυσµός ΗΠΑ Άνδρες µη καπνιστές Γυναίκες µη καπνίστριες % Επßπεδο ραδονßου στα σπßτια σε pci/l Σχήµα 4. 1.: Κίνδυνος ως προς την υγεία σε συνάρτηση µε τη συγκέντρωση Ραδονίου στα σπίτια. 43

56 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Πρέπει να επισηµάνουµε ότι το Ραδόνιο συνεισφέρει τα µέγιστα σχετικά µε τη δόση ραδιενέργειας που δέχεται ένας µέσος άνθρωπος στις ΗΠΑ. Σύµφωνα µε την NCRP (National Council on Radiation Reduction and Measurements) (1987), η δόση που λαµβάνει ένα άτοµο από την έκθεσή του σε Ραδόνιο και στα προϊόντα µεταστοιχείωσής του σε εσωτερικούς χώρους, είναι µεγαλύτερη από οποιαδήποτε άλλη που προέρχεται από φυσική ή ανθρωπογενή ραδιενεργό πηγή. Συγκεκριµένα κατά µέσο όρο η συγκέντρωση Ραδονίου στα σπίτια στις ΗΠΑ είναι της τάξης του 1,3pCi/lt. Η ετήσια δόση από τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου είναι περίπου mrem. Η ραδιενέργεια που συνεισφέρει το έδαφος είναι 28mrem, ενώ η συνεισφορά της κοσµικής ακτινοβολίας είναι 27mrem ετησίως. Η χρήση ακτινογραφιών και τεχνικών θεραπείας καρκίνου προσθέτουν άλλα 65mrem στη µέση δόση που δέχεται ένας άνθρωπος κάθε χρόνο. Τέλος σύµφωνα µε την ετήσια έκθεση για τις καρκινογενέσεις από το Υπουργείο Υγείας των Ηνωµένων Πολιτειών, το Ραδόνιο είναι υπεύθυνο για θανάτους από καρκίνο του πνεύµονα ετησίως Σύγκριση επικινδυνότητας Ραδονίου και άλλων καθηµερινών κινδύνων. Έρευνα από την EPA έδειξε ότι το Ραδόνιο µέσα στα σπίτια προκαλεί περισσότερους θανάτους απ ότι οι πυρκαϊές, οι πνιγµοί και οι συντριβές των αεροσκαφών σε συνδυασµό. Συγκέντρωση Ραδονίου pci/lt Θνησιµότητα πληθυσµού Σύγκριση κινδύνου 20 11,80% 90 φορές επί τον κίνδυνο θανάτου από πνιγµό 10 5,90% 80φορές επί τον κίνδυνο θανάτου από πυρκαγιά σε σπίτι 8 4,70% 6 φορές επί τον κίνδυνο θανάτου από βίαιο έγκληµα 4 2,40% 3 φορές επί τον κίνδυνο θανάτου από τροχαίο ατύχηµα 2 1,20% 40 φορές επί τον κίνδυνο θανάτου από συντριβή αεροπλάνου Πίνακας 4. 1.: Σύγκριση επικινδυνότητας του Ραδονίου µε άλλους καθηµερινούς κινδύνους. 44

57 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Μια άλλη έρευνα πού έγινε από την NCRP το 1987 για την συνεισφορά των διαφόρων πηγών ραδιενέργειας στη µέση συνολική έκθεση του πληθυσµού στις ΗΠΑ, έδειξε ότι το Ραδόνιο έχει τη µεγαλύτερη συνεισφορά µε 55% και είναι πενταπλάσια από τις αµέσως επόµενες. 55% 11% 8% 1% 11% 4% 3% 7% Ραδüνιο ΕσωτερικÞ ΓÞινη ΚοσìικÞ ΚαταναλωτικÜ αγαθü ΠυρηνικÞ ΙατρικÞ ΙατρικÝò ακτινογραφßεò Αλλεò πηγýò Σχήµα 4. 2.: Συνεισφορές των διαφόρων πηγών ραδιενέργειας (%). Παραπάνω εµφανίζονται οι συνεισφορές των διαφόρων πηγών ραδιενέργειας στη µέση συνολική έκθεση του πληθυσµού στις ΗΠΑ, εκφρασµένες ως ποσοστά της συνολικής έκθεσης (NCRP 1987) Θεσµοθέτηση ορίων. Λόγω της επικινδυνότητας του Ραδονίου και της ενοχοποίησής του ως µείζον αίτιο για την πρόκληση καρκίνου του πνεύµονα, κρίθηκε επιτακτική ανάγκη να θεσµοθετηθούν κάποια όρια ουτοσώστε να µειωθούν όσο το δυνατόν περισσότερο τα επίπεδα Ραδονίου στο νερό, αλλά και στον αέρα σε εσωτερικούς χώρους. Συγκεκριµένα στις ΗΠΑ αποτελεί το δεύτερο τη τάξει αίτιο πρόκλησης καρκίνου του πνεύµονα (µετά το κάπνισµα), όπου άνθρωποι πεθαίνουν 45

58 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ κάθε χρόνο από αυτή την ασθένεια, λόγω υψηλής συγκέντρωσης Ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους στους οποίους ζουν ή εργάζονται. Άλλα 168 άτοµα πεθαίνουν ετησίως από καρκίνο του στοµάχου ή άλλων εσωτερικών οργάνων λόγω υψηλών συγκεντρώσεων Ραδονίου στο νερό, που και αυτό µε τη σειρά του συνεισφέρει µε περίπου 1%-2% στη συνολική συγκέντρωση Ραδονίου σε εσωτερικούς χώρους. Το 1996 η EPA στις ΗΠΑ έθεσε κανονισµούς για το πόσιµο νερό, βασισµένους στους κινδύνους υγείας. Για την εκτίµηση του δηµόσιου κινδύνου υγείας από το Ραδόνιο χρησιµοποιήθηκαν πολυµέσα µε πολυσύνθετη προσέγγιση προτείνοντας κάποιες ρυθµίσεις Προτεινόµενες ρυθµίσεις. Στις 2 Νοέµβριου του 1999 η ΕΡΑ, πρότεινε στην οµοσπονδιακή γραµµατεία νέες ρυθµίσεις για τη µείωση του κίνδυνου, λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων του Ραδονίου στο νερό, ως προς την δηµόσια υγεία. Οι προτεινόµενες ρυθµίσεις έχουν ως εξής: Πρώτη ρύθµιση Έγινε καθορισµός του µεγίστου ορίου ρύπανσης από Ραδόνιο στο νερό (Maximum Contaminant Level MCL), και αυτό ανέρχεται στα 300 pci/lt. εύτερη ρύθµιση Έγινε καθορισµός ενός υψηλότερου εναλλακτικού µεγίστου ορίου ρύπανσης από Ραδόνιο στο νερό (Alternative Maximum Contaminant Level AMCL), το οποίο αντιστοίχως ανέρχεται στα 4000 pci/lt. Οι προτεινόµενες ρυθµίσεις εφαρµόζονται µόνο στο δίκτυο ύδρευσης όπου µεταφέρονται υπόγεια ύδατα ή υπόγεια ύδατα αναµεµιγµένα µε επιφανειακά. εν εφαρµόζονται όµως σε δίκτυο που τροφοδοτείται αποκλειστικά από επιφανειακά νερά καθότι οι συγκεντρώσεις Ραδονίου σ αυτά είναι πολύ χαµηλές. Τέλος οι ρυθµίσεις αυτές δεν εφαρµόζονται σε ιδιωτικά πηγάδια διότι δεν εµπίπτουν στον έλεγχο της EPA. 46

59 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η πρόταση θα παρέχει στο κράτος την ευελιξία αναφορικά µε την οριοθέτηση στην έκθεση σε Ραδόνιο, επιτρέποντάς του να εστιάσει τις προσπάθειές του στον µεγαλύτερο κίνδυνο σχετικά µε το Ραδόνιο το οποίο περιέχεται στον αέρα των εσωτερικών χώρων, καθώς επίσης να έχει την δυνατότητα να µειώσει τον κίνδυνο από Ραδόνιο που περιέχεται στο πόσιµο νερό. Οι προαναφερθείσες ρυθµίσεις συνοδεύονται και από δύο επιλογές: 1 η επιλογή: εδοµένου ότι µια πολιτεία εφαρµόζει το πρόγραµµα µετριασµού µε πολυµέσα (multimedia mitigation program), µπορεί να διατηρεί το επίπεδο συγκέντρωσης Ραδονίου στο νερό δικτύου, στην τιµή των pCi/lt. 2 η επιλογή: Σε πολιτείες όπου δεν είναι δυνατή η εφαρµογή ενός προγράµµατος µετριασµού µε πολυµέσα, τότε µπορεί να ζητηθεί να µειωθεί η συγκέντρωση Ραδονίου στο νερό δικτύου κάτω από τα 300pCi/lt. Αν είναι επιθυµητό να οργανωθεί κάποιο άλλο πρόγραµµα µετριασµού µε πολυµέσα, τότε η συγκέντρωση του Ραδονίου στο νερό δικτύου πρέπει να είναι κατώτερη των 4000pCi/lt. Σε δίκτυα ύδρευσης µε συγκεντρώσεις Ραδονίου σταθερά κάτω από 300pCi/lt, δεν χρειάζεται να ληφθούν κάποια µέτρα. Όσον αφορά τα επίπεδα συγκέντρωσης Ραδονίου στον αέρα, η EPA έχει θέσει σαν µακροπρόθεσµο στόχο οι συγκεντρώσεις Ραδονίου στον αέρα εσωτερικού χώρου να µην ξεπερνούν αυτές του εξωτερικού χώρου, δηλαδή τα 0,2pCi/lt. Για την ώρα η ΕΡΑ έχει θέσει σαν ανώτατο επιτρεπόµενο όριο Ραδονίου στον αέρα τα 4pCi/lt. Η παγκόσµια επιτροπή προστασίας από ραδιενέργεια ICRP έχει προτείνει όρια συγκεντρώσεων Ραδονίου στον αέρα εσωτερικού χώρου από 5 έως 15 pci/lt. Έρευνα που έγινε µε βάση εργάτες ορυχείων, έδειξε αυξανόµενο κίνδυνο ως προς την προσβολή από καρκίνο του πνεύµονα, σε επίπεδα ισοδύναµα µε το να ζει κάποιος σε σπίτι για 30 έως 60 χρόνια µε συγκέντρωση Ραδονίου στον αέρα 4pCi/lt ή µε συγκέντρωση 8 pci/lt για δεκαπέντε έως 30 χρόνια. Οι µελέτες αυτές 47

60 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ έδειξαν επίσης ότι µικρές εκθέσεις για µεγαλύτερη περίοδο µπορεί να εµπεριέχουν µεγαλύτερο κίνδυνο παρά οι µεγάλες εκθέσεις σε µικρότερο χρόνο. Αναφορικά µε τη δόση από ακτινοβολία που δέχεται ο άνθρωπος, η USNRC (US Nuclear Regulations Commission) οριοθετεί τη δηµόσια δόση από ανθρωπογενείς πηγές ραδιονουκλιδίων στα 100mrem/y τη στιγµή που άνθρωποι σε σπίτια µε συγκέντρωση 4pCi/lt λαµβάνουν δόση από 300 µέχρι 600 mrem/y! 48

61 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΡΑ ΟΝΙΟΥ Στη συνέχεια παρουσιάζονται 15 µέθοδοι ποιοτικού και ποσοτικού προσδιορισµού Ραδονίου AC - Προσρόφηση από ενεργό άνθρακα (Active Charcoal Adsorption). Για την µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται ένα αεροστεγές δοχείο που περιέχει κόκκους από ενεργό άνθρακα. Για να επιτευχθεί η δειγµατοληψία, το δοχείο αυτό ανοίγεται στο χώρο στον οποίο πρόκειται να γίνει η µέτρηση. Το Ραδόνιο που υπάρχει στον αέρα προσροφάται από τους κόκκους του ενεργού άνθρακα. Στο 49

62 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ τέλος της περιόδου µέτρησης το δοχείο σφραγίζεται και µεταφέρεται στο εργαστήριο για µέτρηση και περαιτέρω ανάλυση. Πριν την µέτρηση το δοχείο παραµένει, για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα, αεροστεγώς κλεισµένο για να επέλθει ισορροπία µεταξύ του προσροφηµένου Ραδονίου και των παραγώγων του. Η γ ακτινοβολία που προέρχεται από τα παράγωγα του Ραδονίου, το οποίο απορροφήθηκε από τον άνθρακα, µετράται από έναν ανιχνευτή σπινθηρισµών (NaJ(Tl)). Στη συνέχεια πραγµατοποιούνται υπολογισµοί της συγκέντρωσης Ραδονίου, οι οποίοι βασίζονται και σε δεδοµένα που προέκυψαν από τη βαθµονόµηση της συσκευής. Επειδή ο άνθρακας επιτρέπει συνεχόµενη προσρόφηση και από τη στιγµή του κορεσµού του και έπειτα, αποβολή του Ραδονίου, η µέθοδος δεν δίνει τη δυνατότητα να γίνεται µια ολοκληρωτική µέτρηση µε πολύ µεγάλο χρόνο έκθεσης. Τέλος, στην µέθοδο αυτή γίνεται χρήση ενός διαφράγµατος διάχυσης, το οποίο µειώνει τις επιδράσεις, κατά την µέτρηση, από προσρόφηση των παραγώγων του Ραδονίου που αιωρούνται στους εσωτερικούς χώρους και άλλων φυσικών ραδιενεργών που περιέχονται στην σωµατιδιακή ύλη, αλλά και της υγρασίας AT - Ανιχνευτής ιχνών σωµατιδίων α (µε φίλτρο) (Alpha Track Detection (filtered)). Στην µέθοδο αυτή ο ανιχνευτής είναι ένα µικρό φιλµ, αποτελούµενο από ειδικό πλαστικό ή κάποιο είδος φωτογραφικού γαλακτώµατος, και ευρίσκεται προφυλαγµένο µέσα σε ένα µικρό δοχείο. Ο αέρας που πρόκειται να εισέλθει µέσα στο δοχείο διαχέεται µέσω ενός φίλτρου το οποίο καλύπτει µία τρύπα στο πάνω µέρος αυτού. Στη συνέχεια τα σωµατίδια α από το Ραδόνιο και τα προϊόντα διάσπασής του, προσκρούουν στον ανιχνευτή δηµιουργώντας κάποια ίχνη. Στο τέλος της µέτρησης το δοχείο σφραγίζεται και µεταφέρεται στο εργαστήριο όπου γίνονται οι µετρήσεις των ιχνών. Ο ανιχνευτής που είτε είναι από πλαστικό είτε από φιλµ υπόκειται σε µια διεργασία ώστε τα αποτυπώµατα (ίχνη) να γίνουν πιο έντονα για να διαβάζονται πιο εύκολα. Έπειτα τα ίχνη αυτά µετρώνται πάνω στην προκαθορισµένη επιφάνεια µε τη χρήση µικροσκοπίου. Ο αριθµός των αποτυπωµάτων 50

63 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό της συγκέντρωσης του Ραδονίου στον αέρα. Η έκθεση των ανιχνευτών Alpha Track στο Ραδόνιο έχει διάρκεια από 3 έως 12 µήνες, αλλά επειδή είναι συσκευές ολοκλήρωσης µπορούν να χρησιµοποιηθούν για µικρότερα χρονικά διαστήµατα, εφόσον µετράνε µεγαλύτερες συγκεντρώσεις Ραδονίου UT - Ανιχνευτής ιχνών χωρίς φίλτρο (Unfiltered Track Detection). Ο ανιχνευτής Alpha Track χωρίς φίλτρο λειτουργεί µε τις ίδιες αρχές όπως ο AT, µε τη διαφορά ότι δεν υπάρχει φίλτρο για την αποµάκρυνση των προϊόντων διάσπασης του Ραδονίου καθώς και των άλλων στοιχείων που παράγουν σωµατίδια α και περιέχονται στον µελετούµενο χώρο. Οι ανιχνευτές χωρίς φίλτρο που χρησιµοποιούν φιλµ από νιτρώδη κυτταρίνη, παρουσιάζουν µια ενεργειακή εξάρτηση, τέτοια ώστε να έχει ως αποτέλεσµα τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου να επικάθονται απλά στον ανιχνευτή και όχι να καταγράφονται ως ίχνη LS - Ενεργός Άνθρακας µετρούµενος από υγρό σπινθηριστή (Charcoal Liquid Scintillation). Στην µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται ένα φιαλίδιο στο οποίο περιέχεται ενεργός άνθρακας για προσρόφηση του Ραδονίου. Μετά από περίοδο έκθεσης από 2 έως 7 ηµέρες, το φιαλίδιο σφραγίζεται και µεταφέρεται στο εργαστήριο για ανάλυση. Παρόλο που η διάχυση του Ραδονίου µέσα στον ενεργό άνθρακα γίνεται κατά τον ίδιο τρόπο όπως και στη µέθοδο AC η ανάλυση και η µέτρηση της συγκέντρωσης του Ραδονίου στον αέρα γίνεται διαφορετικά. Συγκεκριµένα η ανάλυση γίνεται µε µέτρηση της προαναφερθείσας γ-ραδιενέργειας του άνθρακα από έναν υγρό σπινθηριστή CR - Όργανο συνεχούς µέτρησης συγκεντρώσεως Ραδονίου (Continuous radon Monitoring). Υπάρχουν τρεις τύποι οργάνων CR. 51

64 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Στον πρώτο τύπο περίσσεια αέρα ελέγχεται για τη συγκέντρωση του Ραδονίου µέσα σε αυτόν από έναν θάλαµο σπινθηρισµού. Ο αέρας εισέρχεται στον θάλαµο µέσω ενός φίλτρου, µε τη βοήθεια του οποίου αποµακρύνονται τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου και οι σκόνες. Καθώς το Ραδόνιο διασπάται µέσα στον θάλαµο σπινθηρισµού, τα προϊόντα διάσπασής του διασκορπίζονται στην εσωτερική επιφάνειά του. Τα σωµατίδια α που παράγονται είτε από διαδοχικές διασπάσεις είτε από τις αρχικές διασπάσεις του Ραδονίου, προσκρούουν στην επίστρωση θειούχου ψευδαργύρου στο εσωτερικό του θαλάµου και µ αυτόν τον τρόπο παράγονται σπινθηρισµοί. Οι σπινθηρισµοί αυτοί ανιχνεύονται από έναν φωτοπολλαπλασιαστή, µέσα στον ανιχνευτή που τους παράγει, και έχουν ως αποτέλεσµα ηλεκτρικούς παλµούς οι οποίοι µε τη σειρά τους δέχονται την επεξεργασία των ηλεκτρονικών κυκλωµάτων του µετρητικού οργάνου. Στη συνέχεια οι πληροφορίες αποθηκεύονται στη µνήµη του οργάνου παρακολούθησης, ώστε τα αποτελέσµατα να είναι διαθέσιµα για να επαναφέρονται ή να µεταδίδονται προς έναν εκτυπωτή. Ο δεύτερος τύπος του οργάνου ανίχνευσης CR λειτουργεί ως θάλαµος ιονισµού. Το Ραδόνιο που βρίσκεται σε περίσσια αέρα διαχέεται στο θάλαµο µέσω ενός φίλτρου έτσι ώστε η συγκέντρωση Ραδονίου στο θάλαµο να ακολουθεί τη συγκέντρωση του Ραδονίου στον αέρα αλλά µε µια µικρή χρονική καθυστέρηση. Μέσα στον θάλαµο τα σωµατίδια α που εκπέµπονται κατά τη διάρκεια των διασπάσεων των πυρήνων του Ραδονίου παράγουν οµοβροντίες από ιόντα τα οποία καταγράφονται σαν ξεχωριστοί ηλεκτρικοί παλµοί για κάθε διάσπαση. Οι παλµοί αυτοί επεξεργάζονται από τα ηλεκτρονικά κυκλώµατα του οργάνου ανίχνευσης. Ο αριθµός των παλµών που µετρούνται εµφανίζονται στο χώρο ενδείξεων του οργάνου ως συγκέντρωση Ραδονίου. Ο τρίτος τύπος του ανιχνευτή CR επιτρέπει σε περίσσεια αέρα να εισέλθει στο θάλαµο ανίχνευσης µέσω ενός φίλτρου. Καθώς το Ραδόνιο διασπάται τα σωµατίδια α που παράγονται µετρούνται µε τη χρήση ανιχνευτή στερεάς κατάστασης περιέχοντα πυρίτιο. Στη συνεχεία επεξεργάζονται οι πληροφορίες που δίνει ο ανιχνευτής και το όργανο δίνει τις ενδείξεις για τη συγκέντρωση του Ραδονίου. 52

65 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ EL - Θάλαµος ιονισµού µε ηλεκτροστατικά φορτισµένο δίσκο: µακροχρόνιες µετρήσεις (Electret Ion Chamber: Long- Term). Για τη µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται ένας δίσκος ηλεκτροστατικά φορτισµένος (electret) ο οποίος βρίσκεται µέσα σε έναν θάλαµο ιονισµού. Κατά τη διάρκεια της µέτρησης το Ραδόνιο διαχέεται µέσω ενός ανοίγµατος µε φίλτρο εντός του θαλάµου. Μέσα στον θάλαµο δηµιουργείται ιονισµός λόγω της διάσπασης του Ραδονίου και των προϊόντων του, µε αποτέλεσµα να άγεται ρεύµα µεταξύ δίσκου και γείωσης και να παρουσιάζεται µια πτώση τάσης στο κύκλωµα. Με τη βοήθεια ενός παράγοντα βαθµονόµησης συσχετίζεται η µετρηθήσα πτώση τάσης µε τη συγκέντρωση του Ραδονίου. Ανάλογα µε το σχεδιασµό του δίσκου καθορίζεται κατά πόσο ο ανιχνευτής είναι κατάλληλος για χρήση του σε µακροχρόνιες ή βραχυχρόνιες µετρήσεις. Υπάρχει η δυνατότητα να χρησιµοποιηθεί από 1 έως 12 µήνες. εδοµένου ότι οι θάλαµοι EL είναι ολοκληρωτικοί ανιχνευτές, µπορούν να εκτεθούν για µικρότερα διαστήµατα εφόσον τα επίπεδα Ραδονίου είναι αρκετά υψηλά EL - Θάλαµος ιονισµού µε ηλεκτροστατικά φορτισµένο δίσκο: βραχυχρόνιες µετρήσεις (Electret Ion Chamber: Short- Term). Η µέθοδος αυτή είναι η ίδια µε την προηγούµενη που περιγράφηκε παραπάνω µε τη διαφορά ότι αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί από 2 έως 7 ηµέρες. Ακόµα ο ανιχνευτής µπορεί να εκτεθεί για µεγαλύτερο χρονικό διάστηµα, εάν οι συγκεντρώσεις του Ραδονίου στον αέρα είναι χαµηλές GC - Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από ενεργό άνθρακα (Grab Radon/Activated Charcoal). Η µέθοδος αυτή απαιτεί εξειδικευµένο τεχνικό για τη δειγµατοληψία κατά την οποία χρησιµοποιείται αντλία ή ανεµιστήρας, για την διοχέτευση του αέρα µέσα σε ένα κυλινδρικό δοχείο, που είναι γεµάτο µε κόκκους ενεργού άνθρακα. Ανάλογα µε το είδος του κυλινδρικού δοχείου και τη ροή του αέρα προς αυτό, η δειγµατοληψία µπορεί να διαρκέσει από 15 λεπτά µέχρι και µία ώρα. Με το πέρας της δειγµατοληψίας το κυλινδρικό αυτό δοχείο τοποθετείται σε ένα άλλο µεγαλύτερο, που στη συνέχεια σφραγίζεται και µεταφέρεται στο εργαστήριο, για 53

66 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ να πραγµατοποιηθούν οι αναλύσεις οι οποίες είναι ίδιες µε αυτές των µεθόδων AC ή LS GB Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από σύστηµα αποθήκευσης αερίου (Grab Radon/Pump-Collapsible Bag). Στη µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται µια σακούλα µε δυνατότητα συρρίκνωσης κατασκευασµένη από ειδικό υλικό αδιαπέραστο από το Ραδόνιο. Στο χώρο όπου πρόκειται να γίνει η δειγµατοληψία ένας ειδικευµένος τεχνικός διοχετεύει στην σακούλα αέρα µε χρήση φορητής αντλίας. Με το πέρας της δειγµατοληψίας η σακούλα µεταφέρεται στο εργαστήριο για ανάλυση. Συνήθως η µεθοδολογία που ακολουθείται στην ανάλυση, έγκειται στη µεταφορά του αέρα από τη σακούλα σε ένα θάλαµο σπινθηρισµού. Η ανάλυση ολοκληρώνεται κατά τον ίδιο τρόπο όπως περιγράφεται ακολούθως στην µέθοδο GS GS Παγίδα Ραδονίου αποτελούµενη από σύστηµα θαλάµου σπινθηρισµών (Grab Radon / Scintillation Cell). Στη µέθοδο αυτή ένας ειδικευµένος χειριστής διοχετεύει αέρα µέσω ενός φίλτρου (έτσι ώστε να αποµακρύνονται τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου) µέσα σε ένα θάλαµο σπινθηρισµών. Στη συνέχεια ο θάλαµος σφραγίζεται και µεταφέρεται στο εργαστήριο για ανάλυση. Για την ανάλυση του δείγµατος του αέρα το διάφανο (οπτικά) παράθυρο του θαλάµου τοποθετείται σε έναν φωτοπολλαπλασιαστή, έτσι ώστε να µετρηθούν οι σπινθηρισµοί (παλµοί φωτός) οι οποίοι παράγονται όταν τα σωµατίδια α από τη διάσπαση του Ραδονίου προσπίπτουν στην επίστρωση θειούχου ψευδαργύρου µέσα στον θάλαµο. Ο υπολογισµός της συγκέντρωσης Ραδονίου γίνεται µε κατάλληλη µετατροπή των απαριθµήσεων SC Ολοκληρωτικός θάλαµος σπινθηρισµών για τριήµερη µέτρηση (Three Day Integrating Evacuated Scintillation Cell). Για τη µέθοδο αυτή ένας θάλαµος σπινθηρισµών συνδέεται µε µία περιοριστική βαλβίδα και ένα µετρητή υποπίεσης. Πριν από την έναρξη της δειγµατοληψίας ο 54

67 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 θάλαµος εκκενώνεται. Στον χώρο δειγµατοληψίας ένας ειδικευµένος τεχνικός σηµειώνει την ένδειξη της υποπίεσης και ανοίγει τη βαλβίδα. Η ροή µέσω της βαλβίδας είναι πολύ αργή έτσι ώστε να χρειάζονται τρεις ηµέρες για να γεµίσει µε αέρα ο θάλαµος. Στο τέλος της περιόδου δειγµατοληψίας ο τεχνικός κλείνει τη βαλβίδα, σηµειώνει την ένδειξη της υποπίεσης και µεταφέρει το δοχείο στο εργαστήριο για ανάλυση, η οποία είναι η ίδια µε αυτήν της µεθόδου GS PB Μονοήµερη µέτρηση µε τη χρήση δειγµατολήπτη αερίου (Pump Collapsible Bag (1 day)). Για την µέθοδο αυτή χρησιµοποιείται µια σακούλα δειγµατοληψίας από ειδικό υλικό αδιαπέραστη από το Ραδόνιο, όπου µε χρήση µιας αντλίας γεµίζει µε αέρα για χρονικό διάστηµα 24 ωρών. Με το πέρας της δειγµατοληψίας ακολουθεί ανάλυση η οποία είναι η ίδια µε τη µέθοδο GB CW Συνεχής µέτρηση του Ραδονίου σε χώρους εργασίας (Continuous Working Level Monitoring). Στη µέθοδο αυτή χρησιµοποιούνται όλες οι συσκευές που καταγράφουν συνεχόµενες µετρήσεις των προϊόντων διάσπασης του Ραδονίου, τα οποία µετρούνται µε τη συνεχή παροχή αέρα µέσω ενός φίλτρου. Ο ανιχνευτής µετράει τα σωµατίδια α που παράγονται από τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου καθώς αυτά διασπώνται πάνω στο φίλτρο. Ο µετρητής περιέχει ένα µικροεπεξεργαστή ο οποίος αποθηκεύει τις απαριθµήσεις για την προκαθορισµένη χρονική περίοδο. Έτσι είναι δυνατή η µετέπειτα παρουσίαση και επεξεργασία των αποτελεσµάτων. Ο χρόνος µέτρησης για κάθε φίλτρο εξαρτάται από την βούληση του ερευνητή, αλλά τίθεται συνήθως στις 24 ώρες GW Μέτρηση προϊόντων διάσπασης του Ραδονίου που έχουν αποτεθεί σε φίλτρο (Grab Working Level). Στην µέθοδο αυτή, γνωστός όγκος αέρα διοχετεύεται µέσω ενός φίλτρου εναποθέτοντας τα προϊόντα διάσπασης του Ραδονίου πάνω σε αυτό. Ο χρόνος δειγµατοληψίας είναι περίπου 5 λεπτά. Τα προϊόντα διάσπασης µετρούνται 55

68 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ χρησιµοποιώντας ένα ανιχνευτή α. Η µέτρηση πρέπει να γίνει µε ακριβή χρονισµό αφότου ληφθεί το φίλτρο που στην προκειµένη περίπτωση αποτελεί το δείγµα RP Ολοκληρωτικός µετρητής των θυγατρικών του Ραδονίου (Radon Progeny (Decay Product) Integrating Sampling Unit). Για τη µέθοδο αυτή µια αντλία χαµηλής ροής προσροφά αέρα συνεχόµενα µέσω ενός φίλτρου. Ανάλογα µε τον ανιχνευτή που χρησιµοποιείται η ραδιενέργεια που εκπέµπεται από τα προϊόντα διάσπασης, που παγιδεύονται στο φίλτρο, καταγράφεται σε δύο δοσίµετρα θερµοφωταύγειας (TLDs) ή σε ανιχνευτή ιχνών ή σε ένα ηλεκτροστατικά φορτισµένο δίσκο (electret). Οι συσκευές που είναι διαθέσιµες σήµερα µπορούν να χρησιµοποιηθούν µε τάση τροφοδοσίας οικιακής χρήσης και δεν χρειάζονται εξειδικευµένο χειριστή. Η χρονική διάρκεια δειγµατοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον 72 ώρες. Μετά τη δειγµατοληψία το σύστηµα µεταφέρεται στο εργαστήριο όπου γίνονται αναλύσεις όπως στις µεθόδους AT, EL και ES. Οι ανιχνευτές ΤLD αναλύονται από ειδικά όργανα τα οποία το θερµαίνουν και µετράνε το φως που εκπέµπεται. Μία εξίσωση µετατρέπει τη µέτρηση του φωτός σε συγκέντρωση Ραδονίου. Πρέπει να επισηµάνουµε ότι έχει γίνει εκτενέστερη αναφορά στη µέθοδο CR- Continuous Radon Monitoring, η οποία αποτέλεσε την µέθοδο µε την οποία έγιναν οι µετρήσεις των συγκεντρώσεων του Ραδονίου στην παρούσα εργασία. 56

69 57

70 58

71 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 59

72 60

73 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Στόχοι της Εργασίας. Όπως έγινε σαφές σε προηγούµενα κεφάλαια, το Ραδόνιο που συναντάται στους εσωτερικούς χώρους διαµονής των ανθρώπων, είναι υπεύθυνο για πολλά προβλήµατα υγείας, µε βασικότερο από αυτά τον καρκίνο. Επίσης, ένα σχετικά σηµαντικό ποσοστό του αερίου αυτού, µεταφέρεται εντός των προαναφερθέντων χώρων, µέσω της χρήσης του νερού. Η µεγάλη διαλυτότητά του ενισχύει τον παραπάνω τρόπο εισβολής του στην καθηµερινότητα. Ο πρώτος στόχος της εργασίας αυτής είναι ο προσδιορισµός του ίχνους (της συγκέντρωσης) του Ραδονίου στα σηµεία παραγωγής του, στην διαδροµή που ακολουθεί µέχρι την αποδιαλυτοποίηση του και την εισαγωγή του στους εσωτερικούς χώρους. Συγκεκριµένα θεωρήθηκε αναγκαίο να µελετηθεί η 61

74 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ συγκέντρωση του εν λόγω αερίου, στις πηγές από τις οποίες προέρχεται το νερό ύδρευσης, στις δεξαµενές αποθήκευσης αυτού, κατά µήκος του δικτύου καθ ότι υπολογίζεται µείωση αυτής αυξανοµένης της διαδροµής του νερού (λόγω αποδιαλυτοποίησης και απωλειών, και διάσπασης λόγω του χρόνου που µεσολαβεί για την µεταφορά του από το αρχικό σηµείο έως το σηµείο δειγµατοληψίας) και στα σηµεία χρήσης του νερού. Γνωρίζοντας όλα τα παραπάνω για µία πόλη, είναι σίγουρο ότι µπορούν να γίνουν εκτιµήσεις για τον κίνδυνο ή µη, που διατρέχει ο πληθυσµός της από το Ραδόνιο που είναι διαλυµένο στο νερό και τα παράγωγά του. Ο δεύτερος στόχος είναι ο ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισµός των φυσικών ραδιενεργών που περιέχονται διαλυµένα στο νερό, και ειδικά του Ραδίου το οποίο παράγει κατά τη διάσπασή του Ραδόνιο. Και αυτά τα ραδιενεργά συνεισφέρουν σηµαντικά στην επιβάρυνση του πληθυσµού από καρκινογόνες ουσίες. Κρίθηκε απαραίτητο να γίνει ανάλυση τους για τα ίδια σηµεία που ορίστηκαν προηγουµένως σύµφωνα µε τον παραπάνω στόχο. Ο τρίτος στόχος προήλθε από ερευνητικές ανησυχίες για την εκτίµηση της συγκέντρωσης όλων των παραπάνω σε επιφανειακά και θαλάσσια ύδατα. Σύµφωνα µε αυτόν µετρήθηκαν οι εν λόγω συγκεντρώσεις για να γίνει εκτίµηση τυχόν οικολογικών επιπτώσεων από πιθανές µεγάλες τιµές αυτών. Συγκεκριµένα έγινε ανάλυση για 2 ποτάµια και 14 σηµεία εντός του Πατραϊκού κόλπου. Επίσης θεωρήθηκε σκόπιµο να γίνει έλεγχος και για τεχνητά ραδιοϊσότοπα, των οποίων ο µόνος λόγος ύπαρξης στα επιφανειακά και θαλάσσια ύδατα, είναι η κακή διαχείρισή τους από τον άνθρωπο. Είναι γνωστό ότι τα ιχνοστοιχεία απαντούνται παντού στην φύση και συµβάλλουν σε διάφορες ευεργετικές ή καταστροφικές διεργασίες που πραγµατοποιούνται σ αυτή. Ως προς τον άνθρωπο µερικά ιχνοστοιχεία είναι απαραίτητα ενώ άλλα αλληλεπιδρούν τοξικά µε τον οργανισµό του. Η εισαγωγή τους στον οργανισµό γίνεται κυρίως µέσω της τροφικής αλυσίδας. Συνεπάγεται ότι εφόσον το νερό διαδραµατίζει σηµαντικό ρόλο σ αυτήν και περιέχει σηµαντικές ποσότητες ιχνοστοιχείων, είναι ένα µέσο µεταφοράς τους από τη φύση στα διάφορα ανθρώπινα όργανα. Το πρόβληµα έχει ως έναρξη τη στιγµή εισαγωγής, στον οργανισµό, τοξικών ιχνοστοιχείων πάνω από κάποιες κρίσιµες ποσότητες. Ο τέταρτος στόχος της εργασίας είναι η εκτίµηση των επιπέδων συγκέντρωσης 76 ιχνοστοιχείων στα παραπάνω δείγµατα. Πιο συγκεκριµένα, κρίνεται απαραίτητη η 62

75 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ανάλυση των πόσιµων υδάτων (δικτύου) για την εκτίµηση των άµεσων κινδύνων που διατρέχουν οι πολίτες, αλλά και η ανάλυση των επιφανειακών και θαλάσσιων υδάτων για την εκτίµηση της επιβάρυνσης του οικοσυστήµατος, από ιχνοστοιχεία που παρήχθησαν ως αποτέλεσµα ανθρωπίνων ενεργειών. Η ιχνοστοιχειακή ανάλυση έγινε µε τη µέθοδο της Ενόργανης Νετρονικής Eνεργοποίησης (INAA) και οι διαδικασίες και τα αποτελέσµατα της εν λόγω µελέτης, όπως επίσης και τα αποτελέσµατα των µετρήσεων για τα ραδιενεργά ιχνοστοιχεία, παρατίθενται στον δεύτερο τόµο της Εργασίας. Εκτιµάται ότι σύµφωνα µε τις µετεωρολογικές µεταβολές που συµβαίνουν σε µία περιοχή, µεταβάλλονται επίσης και οι συγκεντρώσεις όλων των παραπάνω. Ο τελευταίος στόχος της εργασίας είναι να ελεγχθεί ο συσχετισµός των εν λόγω συγκεντρώσεων µε την εποχή του έτους, δηλαδή ως επί τω πλείστον µε τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν στην µελετούµενη περιοχή Εισαγωγή. Η πόλη της Πάτρας ευρίσκεται στο νοµό Αχαΐας στη Βορειοδυτική Πελοπόννησο, είναι παραθαλάσσια, πεδινή και νοτιανατολικά της υψώνεται το όρος Παναχαϊκό από το οποίο πηγάζουν τα µελετούµενα ύδατα. Βόρεια της οριοθετείται από τον Πατραϊκό κόλπο σε σηµεία του οποίου έγιναν αναλύσεις. Ο πληθυσµός της ανέρχεται σε κατοίκους. Η δειγµατοληψία του πόσιµου ύδατος έγινε στην πόλη καθώς και εντός της ευρύτερης περιοχής αυτής, σε ακτίνα περίπου 10 χιλιοµέτρων από το κέντρο της πόλης. ιεξήχθη πέντε φορές σε χρονική περίοδο εννέα µηνών, σε σηµεία των οποίων η επιλογή έγινε έπειτα από προµελέτη της υπό εξέταση περιοχής, σύµφωνα µε τους παραπάνω στόχους της εργασίας. Για την επιλογή των σηµείων δειγµατοληψίας χρησιµοποιήθηκε και το σχέδιο του δικτύου ύδρευσης της.ε.υ.α.π ( ηµοτική Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Πατρών), του οποίου η προµήθεια έγινε από τα γραφεία της επιχείρησης. Το σχέδιο αυτό παρέχει αρκετές πληροφορίες για το δίκτυο, όπως είναι η θέση των αγωγών, η διάµετρός τους καθώς και το υλικό κατασκευής τους. Οι πηγές, οι δεξαµενές αποθήκευσης και τα αντλιοστάσια του νερού ύδρευσης σηµειώνονται εµφανώς επί του σχεδίου αυτού. 63

76 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Η δειγµατοληψία θαλάσσιου ύδατος έλαβε χώρα κατά µήκος της ακτογραµµής της πόλης και των περιχώρων. Οι δύο παραπάνω δειγµατοληψίες διεξήχθησαν ταυτόχρονα. Και σε αυτή την περίπτωση, η επιλογή των σηµείων δειγµατοληψίας έγινε βάσει των στόχων της εργασίας, και σε συµφωνία επίσης µε το σχέδιο αποχέτευσης της πόλεως. Τέλος έγινε δειγµατοληψία και σε επιφανειακά (µη θαλάσσια) ύδατα. Συγκεκριµένα ελήφθησαν δείγµατα νερού από τις εκβολές δύο κεντρικών ποταµών της πόλης, ταυτόχρονα µε τις υπόλοιπες δειγµατοληψίες Κριτήρια επιλογής των σηµείων δειγµατοληψίας Ύδατα ύδρευσης και επιφανείας. Το δίκτυο ύδρευσης της Πάτρας έχει συνολικό µήκος περί τα 600 χιλιόµετρα και αποτελείται από αγωγούς διαφόρων διαµετρηµάτων και υλικών κατασκευής. Συγκεκριµένα αποτελείται από χαλύβδινους σωλήνες των 500mm και 900mm, αµιαντοσωλήνες 300mm και 450mm, αγωγούς χυτοσιδήρου 300mm, αγωγούς από PVC διαµέτρου 400mm και σωλήνες Πολυαιθυλενίου 225mm. Βάσει του πρώτου και του δευτέρου στόχου προέκυψαν τα σηµεία δειγµατοληψίας Π 1, Π 2, Π 3, Π 4, Π 5 1, 2, 3, Σ 1, Σ 2, Σ 3, Σ 4 και Σ 5. Εφόσον το κριτήριο επιλογής αυτών των σηµείων είναι το µήκος του δικτύου που διανύει το νερό, έγινε επιλογή σύµφωνα µε τα παρακάτω: Σε δείγµατα από πηγές οι οποίες τροφοδοτούν τις δεξαµενές αποθήκευσης νερού, µέσω των οποίων τροφοδοτείται το δίκτυο ύδρευσης της πόλης, δόθηκαν οι κωδικοί Π 1, Π 2, Π 3, Π 4, Π 5. Στη συνέχεια επιλέχθηκαν σηµεία στα οποία η λήψη νερού γινόταν άµεσα από το δίκτυο. Στα σηµεία αυτά δόθηκαν οι κωδικοί 1, 2, 3, Σ 1, Σ 2, Σ 3, Σ 4 και Σ 5. Αρχικά έγινε ο διαχωρισµός του δικτύου σε δύο τµήµατα: το πρώτο έχει ως έναρξη την πηγή Π 1, ενδιάµεσα (µετά από 2km δικτύου) βρίσκεται το σηµείο 1 και τέλος το σηµείο Σ 5 µε συνολική απόστασή του από την πηγή 4km (δικτύου). Το δεύτερο τµήµα έχει ως έναρξη τις πηγές 64

77 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Π 1, Π 2, Π 4, και Π 5, και ενδιάµεσα, περίπου στα 7km δικτύου από τις πηγές, τα σηµεία Σ 1, Σ 2, Σ 3, Σ 4, 2 και το σηµείο µε κωδικό 3. Βάσει και του τέταρτου στόχου προέκυψαν τα παραπάνω σηµεία δειγµατοληψίας. Εφόσον το κριτήριο επιλογής αυτών των σηµείων είναι και το υλικό κατασκευής των αγωγών του δικτύου, έγινε επιλογή σύµφωνα και µε τα παρακάτω, για να γίνει εκτίµηση της επιµόλυνσης του νερού από ιχνοστοιχεία προερχόµενα από το υλικό του αγωγού: Από τα σηµεία Π 1, Π 2, Π 3, Π 4, και Π 5 γίνεται εκτίµηση των ιχνοστοιχείων που περιέχονται στο νερό, πριν αυτό εισέλθει στο δίκτυο. Από το σηµείο Σ 5 γίνεται εκτίµηση της επιµόλυνσης του νερού που εισήλθε στο δίκτυο από την πηγή Π 1, µέσω σωλήνα κατασκευασµένου από αµίαντο (έως εκείνο το σηµείο). Από το σηµείο 3 γίνεται εκτίµηση της επιµόλυνσης του νερού, από τα ιχνοστοιχεία που πιθανώς να προσδίδει ο χρησιµοποιούµενος χαλύβδινος αγωγός. Από τα σηµεία 1, 2, Σ 1, Σ 2, Σ 3, Σ 4 γίνεται εκτίµηση της επιµόλυνσης του νερού, από τα ιχνοστοιχεία που προσδίδουν όλοι οι αγωγοί. Εκτιµάται ότι από αγωγούς αποτελούµενους από Πολυαιθυλένιο και PVC, δεν υπάρχει επιµόλυνση. Τέλος, σύµφωνα και µε τον τρίτο στόχο, έγινε η επιλογή δύο ποταµών που πηγάζουν από τις περιοχές που υπάρχουν οι προαναφερθείσες πηγές και στους οποίους πιθανώς αποβάλλονται παραπροϊόντα βιοτεχνιών. Σ αυτά τα σηµεία δειγµατοληψίας δόθηκαν οι κωδικοί R 1, R 2. 65

78 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Θαλάσσια ύδατα. Γνωρίζοντας ότι µέρος του αποχετευτικού συστήµατος της Πάτρας καταλήγει στο λιµάνι της πόλης ελευθερώνοντας χιλιάδες τόνους ληµµάτων, θεωρήθηκε αναγκαίο να γίνει έλεγχος, σύµφωνα µε τον τρίτο και τέταρτο στόχο, τόσο εντός όσο και εκτός του λιµανιού. Ως κριτήριο για την επιλογή των σηµείων δειγµατοληψίας ως προς τα θαλάσσια ύδατα, επιλέχθηκε ο βαθµός καθαρότητας των υδάτων ο οποίος προεκτιµήθηκε. Σύµφωνα µε αυτόν επιλέχθηκαν δύο σηµεία εκτός του λιµανιού και σε απόσταση 9 έως 10km Ανατολικά, µε κωδικούς Θ 1 και Θ 2, τα οποία θεωρήσαµε ως καθαρά. Στη συνέχεια έγινε η επιλογή σηµείων έξω από το λιµάνι, µε κωδικούς Θ 3, Θ 4, Θ 5, Θ 6, Θ 14 για την εκτίµηση της µεταφοράς της µόλυνσης του λιµανιού, στον περιβάλλοντα χώρο. Τέλος έγινε η επιλογή 7 σηµείων εντός του λιµανιού το οποίο θεωρείται υπερβολικά µολυσµένο. Ως κριτήριο επιλογής των σηµείων δειγµατοληψίας εντός του λιµανιού επιλέχθηκε και πάλι ο βαθµός καθαρότητας των υδάτων ο οποίος προεκτιµήθηκε βάσει του φόρτου ληµµάτων που αποβάλλονται στο κάθε σηµείο. Οι κωδικοί των σηµείων αυτών είναι οι Θ 7, Θ 8, Θ 9, Θ 10, Θ 11, Θ 12 και Θ Περιγραφή κωδικών των σηµείων δειγµατοληψίας. Παρακάτω περιγράφονται οι τοποθεσίες των σηµείων, στα οποία έγινε η δειγµατοληψία, και γίνεται αντιστοίχηση µε τους κωδικούς τους: Σηµεία δειγµατοληψίας ύδατος δικτύου. 1 : Αντλιοστάσιο Χαράδρου. Το σηµείο αυτό βρίσκεται πλησίον της εκκλησίας Αγίου Γεωργίου στο Ρίο, δίπλα από τον υδατόπυργο. 66

79 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 2 : Τέλος δικτύου. Το σηµείο αυτό βρίσκεται επί της οδού Όθωνος Αµαλίας και Αγίου Νικολάου. 3 : Ενδιάµεσο σηµείο δικτύου επί της οδού Λόντου και 25 ης Μαρτίου. Π 1 : Πηγή Καστριτσίου (χωριό 10km ΝΑ της Πάτρας). Η πηγή βρίσκεται πλησίον της κεντρικής πλατείας και της εκκλησίας του χωριού. Π 2 : Πηγή Γηροκοµείου. Η πηγή βρίσκεται πλησίον του νοσοκοµείου Νοσηµάτων Θώρακος στην οµώνυµη περιοχή. Π 3 : Πηγή Γλαύκου (περιοχή 10km Ν της Πάτρας), πλησίον του οινοποιείου Achaia Claus. Π 4 : Πηγή Γλαύκου, επίσης πλησίον του οινοποιείου Achaia Claus. Π 5 : Πηγή Ταραµπούρας. Βρίσκεται 6km υτικά της Πάτρας. Σ 1 : Οικία επί της οδού Θεµιστοκλέους, µε αριθµό 28. Σ 2 : Οικία επί της οδού Βότση, µε αριθµό 38. Σ 3 : Οικία επί της οδού Πουκεβίλ, µε αριθµό 25. Σ 4 : Οικία επί της οδού Μανιακίου, µε αριθµό Σ 5 : Οικία επί της οδού Πανεπιστηµίου, µε αριθµό Σηµεία δειγµατοληψίας θαλάσσιου ύδατος. Θ 1 : Θαλάσσια περιοχή Αγίου Βασιλείου Πατρών, στο τέρµα της οδού Γεωργίου Παπανδρέου. Θ 2 : υτική πλευρά της προβλήτας του Ρίου. Θ 3 : Ακτή υµαίων, απέναντι από το εργοστάσιο «Χαρτοποιία Λαδόπουλου». Θ 4 : Εξωτερική πλευρά του κυµατοθραύστη της µαρίνας. Θ 5 : Εσωτερική πλευρά του κυµατοθραύστη της µαρίνας. Θ 6 : υτική εξωτερική πλευρά του λιµανιού, απέναντι από την εκκλησία του Αγίου Ανδρέα. Θ 7 : Προβλήτα Γλυφάδας, εντός του λιµανιού στον άξονα της οδού Αγίας Σοφίας. Θ 8 : Έξω από τον σταθµό υποδοχής του λιµανιού, στον άξονα της οδού Γιαννιτσών. Θ 9 : Προβλήτα Φαβιέρου. Θ 11 : Προβλήτα Αγίου Νικολάου. Θ 12 : Εντός του λιµανιού στον άξονα της οδού Γεροκωστοπούλου. Θ 13 : Εντός του λιµανιού στον άξονα της οδού Γούναρη. Θ 14 : υτική εξωτερική πλευρά του λιµανιού, µπροστά από τον «Φάρο». 67

80 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Σηµεία δειγµατοληψίας επιφανειακού ύδατος. R 1 : Ποτάµι Χάραδρος στο Ρίο, στην υτική πλευρά του Πανεπιστηµίου. R 2 : Ποτάµι Οβρυάς Χάρτες δειγµατοληψίας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα σηµεία δειγµατοληψίας, τόσο της ευρύτερης περιοχής της Πάτρας όσο και του κέντρου της, επάνω σε χάρτες: Εικόνα 1. 1.: Σηµεία δειγµατοληψίας στην ευρύτερη περιοχή της Πάτρας. 68

81 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εικόνα 1. 2.: Σηµεία δειγµατοληψίας στο κέντρο της πόλης καθώς και στην θαλάσσια περιοχή εντός και εκτός του λιµανιού. 69

82 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Εικόνα 1. 3.: Σηµεία δειγµατοληψίας στο κέντρο της πόλης καθώς και εντός του λιµανιού Χρονοδιάγραµµα δειγµατοληψιών. Η δειγµατοληψία για όλα τα σηµεία διεξήχθη πέντε φορές σε χρονική περίοδο εννέα µηνών, στις ηµεροµηνίες που αναγράφονται παρακάτω: Η δοκιµαστική δειγµατοληψία έγινε στις 29/2/2000. Η πρώτη δειγµατοληψία έγινε στις 26/3/2000 (Άνοιξη). Η δεύτερη δειγµατοληψία έγινε στις 21/5/2000 (Καλοκαίρι). Η τρίτη δειγµατοληψία έγινε στις 15/10/2000 (Φθινόπωρο). Η τέταρτη δειγµατοληψία έγινε στις 29/11/2000 (Χειµώνας). 70

83 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η επιλογή των ηµεροµηνιών δεν ήταν τυχαία, αλλά έγινε σύµφωνα µε τον τελευταίο στόχο της εργασίας. Η πρώτη δειγµατοληψία είχε δοκιµαστικό χαρακτήρα ως προς το Ραδόνιο, και ως εκ τούτου πριν συµπεριληφθούν τα αποτελέσµατα των µετρήσεών της στο σύνολο των αποτελεσµάτων, ελέγχθηκε αυστηρά η ποιότητά τους. Ο λόγος που πραγµατοποιήθηκε κάτι τέτοιο ήταν το γεγονός ότι κρίθηκε αναγκαία η εξοικείωση των πειραµατιστών, τόσο µε την διαδικασία της δειγµατοληψίας που έπρεπε να γίνει µε µεγάλη προσοχή, όσο και µε την εµπέδωση της χρήσης του µετρητικού συστήµατος και την αντιµετώπιση πιθανών δυσλειτουργιών του ιαδικασία δειγµατοληψίας. Για τη δειγµατοληψία χρησιµοποιήθηκαν πλαστικές φιάλες τύπου Pet χωρητικότητας 1,5lt, επάνω στις οποίες αναγραφόταν µε µαρκαδόρο ανεξίτηλης µελάνης ο κωδικός του κάθε σηµείου. Για τα ύδατα δικτύου η δειγµατοληψία έγινε µε ιδιαίτερη προσοχή, διότι κρίθηκε σκόπιµο η ροή του νερού µέσα στη φιάλη να γίνεται όσο το δυνατόν µε µικρότερη παροχή, ώστε να περιορίζεται στο ελάχιστο η αποδιαλυτοποίηση του Ραδονίου λόγω µεταφοράς ενέργειας στο δείγµα. Για τη δειγµατοληψία θαλάσσιου ύδατος χρησιµοποιήθηκε µια ειδική κατασκευή αποτελούµενη επίσης από µία πλαστική φιάλη όγκου 1,5lt και από έρµατα (Σχήµα 1. 1.). Συγκεκριµένα, στο κάτω άκρο της φιάλης προσαρµόστηκαν µε ειδικό νήµα έρµατα βάρους 3kg, ενώ στο επάνω άκρο δέθηκε σπάγκος, ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος της ιδιοκατασκευής από απόσταση. Η κατασκευή αυτή βαλλόταν στη θάλασσα σε απόσταση περίπου 5m από τη στεριά. Με τη βοήθεια των ερµάτων κατευθυνόταν προς το βυθό, και πριν φθάσει σε βάθος περίπου 1,5m ανασυρόταν προς τα έξω µε αργό ρυθµό. Καθ όλη την διάρκεια της διαδικασίας αυτής, το νερό εισερχόταν στη φιάλη µε αποτέλεσµα την επίτευξη δειγµατοληψίας από περιοχή µε όσο το δυνατόν µεγαλύτερο εύρος. Σε όλα τα δείγµατα µετά την πλήρωση της φιάλης, αυτή σφραγιζόταν αεροστεγώς. Τέλος, για κάθε δείγµα σηµειωνόταν η ώρα κατά την οποία γινόταν η δειγµατοληψία, για λόγους που θα αναλυθούν σε επόµενο κεφάλαιο. Μετά το πέρας της δειγµατοληψίας τα δείγµατα µεταφέρονταν στο Εργαστήριο όπου άρχιζαν άµεσα οι µετρήσεις. Kατά την µεταφορά τους δεν υπήρχε ανακίνηση. 71

84 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Σχήµα 1. 1.: Η ιδιοκατασκευή για τη δειγµατοληψία θαλάσσιου ύδατος: 1: σπάγκος έλξης και ελέγχου, 2: φιάλη, 3: έρµατα Προεκτιµήσεις πιθανών αποτελεσµάτων. Είναι γνωστό ότι στην ευρύτερη µελετούµενη περιοχή τα κοιτάσµατα ουρανίου είναι σχεδόν ανύπαρκτα. Γνωρίζοντας επίσης για την γένεση και εισαγωγή του Ραδονίου στο νερό, είναι αναµενόµενο οι συγκεντρώσεις του σε αυτό να είναι σχετικά χαµηλές. Επίσης αναµένεται να παρατηρηθεί κάποια πτώση στη συγκέντρωση του Ραδονίου µέσα στο νερό κατά µήκος των αγωγών για τους ακόλουθους λόγους: Το νερό αναδεύεται µε την κίνησή του εντός των αγωγών και έτσι το Ραδόνιο αποδιαλυτοποιείται και διαφεύγει, µε αποτέλεσµα την πτώση της συγκέντρωσής του, αυξανοµένου του µήκους της διαδροµής που διανύει. Εξ αιτίας του χρόνου παραµονής του νερού στους αγωγούς και τις δεξαµενές αποθήκευσής του, η συγκέντρωση του Ραδονίου µειώνεται λόγω της διάσπασής του σε πυρήνες άλλων θυγατρικών στοιχείων. Στην 72

85 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 περίπτωση αυτή η πτώση της συγκέντρωσης του ραδονίου είναι εκθετική συναρτήσει του χρόνου. εδοµένου ότι η έκταση της µελετούµενης περιοχής είναι σχετικά µικρή, το υπέδαφος δεν διαφοροποιείται έντονα ως προς το Ουράνιο και επίσης τα ρήγµατα που πιθανώς να εισαγάγουν Ραδόνιο στα νερά των υπογείων δεξαµενών είναι τα ίδια για όλες. Έτσι η συγκέντρωση Ραδονίου στις πηγές αναµένεται να είναι η ίδια. Μία διαφοροποίηση ως προς τα ρήγµατα υπάρχει για την περιοχή της πηγής Π 1 και διατηρείται µία επιφύλαξη ως προς τη διαφορά των συγκεντρώσεων αυτής σε σχέση µε τις υπόλοιπες. Συγκεκριµένα επειδή τα ρήγµατα της περιοχής αυτής είναι πολλά, αναµένεται µεγαλύτερη συγκέντρωση Ραδονίου στην Π 1. Λόγω της έντονης ανάδευσής του νερού των ποταµών υπάρχει και έντονη αποδιαλυτοποίηση του Ραδονίου από αυτό. Έτσι στα ποτάµια αναµένονται µικρές συγκεντρώσεις του εν λόγω στοιχείου, παρότι το νερό αναβλύζει από πηγή όπου η συγκέντρωσή του είναι µεγαλύτερη σε σχέση µε τα άλλα σηµεία δειγµατοληψίας. Τέλος, για τις θάλασσες δεν µπορεί να γίνει κάποια προεκτίµηση ως προς την συγκέντρωση του Ραδονίου. 73

86 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ 74

87 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΜΕΤΡΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΙΓΜΑΤΩΝ Περιγραφή πειραµατικής εγκατάστασης - µετρητικού συστήµατος. Οι µετρήσεις για τη συγκέντρωση Ραδονίου και Ραδίου έγιναν µε το µετρητικό σύστηµα AlphaGuard της εταιρείας Genitron Instruments GmbH. Χρησιµοποιήθηκαν επίσης και τα περιφερειακά όργανα για µετρήσεις σε δείγµατα νερού, µε ονοµασία Aqua Kit, το κλειστό δοχείο Βαθµονόµησης και Εκροής Ραδονίου (Emanation and Calibration Container), ο κυκλοφορητής αέρος (αντλία) καθώς και η Ραδιενεργός πηγή Βαθµονόµησης της NIST. 75

88 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Μετρητικό σύστηµα. Το µετρητικό σύστηµα που χρησιµοποιήθηκε για την µέτρηση της συγκέντρωσης του Ραδονίου και έµµεσα του Ραδίου στο νερό, στα πλαίσια της εργασίας αυτής, αποτελείται από τα ακόλουθα µέρη: Την κεντρική µονάδα µέτρησης (AlphaGuard monitor), την αντλία αέρος, τους σωλήνες συνδέσεως, τα δοχεία αποδιαλυτοποίησης αερίου και ασφαλείας, τις στρόφιγγες τριών δρόµων µε ακροφύσια, την βάση µε τις υποδοχές για τα παραπάνω, τις ασφάλειες συγκράτησης των στροφίγγων και το φίλτρο ενεργού άνθρακα. (Βλέπε Εικόνα 2. 1.). Εικόνα 2. 1.: Το µετρητικό σύστηµα στη διάταξη που χρησιµοποιήθηκε κατά τις µετρήσεις Αναλυτική περιγραφή της κεντρικής µονάδας µέτρησης. Στην κεντρική µονάδα µέτρησης γίνεται η µέτρηση για τη συγκέντρωση του Ραδονίου και η παρουσίαση αυτής. Κύρια µέρη της συσκευής είναι ο θάλαµος ιονισµού µε τα απαραίτητα ηλεκτρονικά κυκλώµατα, η πολυπαραµετρική οθόνη υγρών κρυστάλλων, το βασικό λειτουργικό λογισµικό και το πλαίσιο της συσκευής. Η µονάδα συνδέεται µε υπολογιστή και τροφοδοσία ρεύµατος µέσω ειδικών βυσµάτων, και µε το περιβάλλον µέσω ενός φίλτρου υαλοβάµβακα και ενός στοιχείου διασυνδετικής προσαρµογής. Η λειτουργία της µονάδας µπορεί να γίνει είτε µε άµεση χρήση του βασικού λογισµικού της, µέσω των πολυπαραµετρικών της πλήκτρων, είτε εξ αποστάσεως µέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή µε τη χρήση του λογισµικού Alpha Expert. 76

89 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Στην παρακάτω εικόνα (2. 2.) παρουσιάζεται η εν λόγω συσκευή µε τα τεχνικά χαρακτηριστικά της: Εικόνα 2. 2.: Η κεντρική µονάδα µέτρησης συγκέντρωσης Ραδονίου. Μήκος : 175mm. Πλάτος: 315mm. Ύψος: 116 mm. Τάση τροφοδοσίας: 12 VDC. Αυτονοµία εφεδρικής µπαταρίας: 10 ηµέρες. Aνιχνευτής Ραδονίου: Θάλαµος ιονισµού που λειτουργεί µε υψηλή τάση περί τα 750VDC. Ο θάλαµος ιονισµού έχει ολικό όγκο 0,62lt και ενεργό όγκο 0,56lt. Έχει ευαισθησία 1 CPM (Counts Per Minute) για συγκέντρωση Ραδονίου εντός του θαλάµου ίση µε 20Bq/m 3. Εύρος συγκεντρώσεων Ραδονίου: Κατώτατο όριο = 2Bq/m 3, Ανώτατο όριο = Bq/m 3. Σφάλµα γραµµικότητας συστήµατος: < 3% σε όλο το παραπάνω εύρος. Σφάλµα Βαθµονόµησης συσκευής: ±3% (σφάλµα εργοστασιακής βαθµονόµησης) + σφάλµα δευτερογενούς βαθµονόµησης. Χρόνος κύκλου µέτρησης: 10 λεπτά ή 60 λεπτά. 77

90 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Βάρος: 4,5kg. Εύρος συνθηκών λειτουργίας συστήµατος: Θερµοκρασία: 10 ο C έως 50 ο C, Ατµοσφαιρική Πίεση: 700mbar 1100mbar, Σχετική Yγρασία Αέρα: 0%rH - 95%rH Πολυπαραµετρική οθόνη υγρών κρυστάλλων. Η οθόνη αποτελείται από 2 γραµµές χωρητικότητας 20 χαρακτήρων (βλέπε Εικόνα 2. 3.). Όταν η κεντρική µονάδα (ΑlphaGuard) είναι σε λειτουργία, η µετρηθήσα συγκέντρωση Ραδονίου εµφανίζεται στην επάνω γραµµή σε Bq/m 3. Στην κάτω γραµµή εµφανίζεται η θερµοκρασία του αέρα σε βαθµούς Κελσίου, η σχετική υγρασία σε %rh και τη βαροµετρική πίεση σε hpa. Οι τιµές αυτές µετρούνται ταυτόχρονα µε τις συγκεντρώσεις Ραδονίου. Όλες οι ενδείξεις ανανεώνονται κάθε δέκα λεπτά (διότι κατά την εργασία χρησιµοποιείται κύκλος µέτρησης 10 λεπτών). Εικόνα 2. 3.: Η πολυπαραµετρική οθόνη υγρών κρυστάλλων Ανιχνευτής Ραδονίου. Ο ανιχνευτής Ραδονίου βασίζεται σε έναν βελτιωµένο σχεδιασµό ενός παλµικού θαλάµου ιονισµού. Σε κανονική λειτουργία το υπό µέτρηση αέριο εισέρχεται στον θάλαµο µε τον µηχανισµό διάχυσης, µέσω ενός φίλτρου µεγάλης επιφάνειας αποτελούµενο από ίνες γυαλιού. Μέσω του φίλτρου αυτού, µπορεί να εισέλθει εντός του θαλάµου ιονισµού µόνο το αέριο Ραδόνιο, ενώ εµποδίζεται η είσοδος για τα προϊόντα διάσπασής του. Ταυτόχρονα, το φίλτρο προστατεύει το εσωτερικό του θαλάµου από ανεπιθύµητα αιωρούµενα σωµατίδια. Ο κυλινδρικός θάλαµος ιονισµού του AlphaGuard έχει ενεργό όγκο 0,56lt. Όταν το µετρητικό σύστηµα βρίσκεται σε λειτουργία, στο εσωτερικό του κυλίνδρου, το 78

91 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 οποίο είναι µεταλλικό, υπάρχει διαφορά δυναµικού 750V. Στο κέντρο και κατά µήκος του οριζοντίου άξονα υπάρχει ένα άκαµπτο ηλεκτρόδιο, το οποίο βρίσκεται σε δυναµικό 0V (Εικόνα 2. 4.). Κατά την διάσπαση του Ραδονίου που βρίσκεται εντός του θαλάµου, παράγονται σωµατίδια α τα οποία ιονίζουν τον αέρα µεταξύ των ηλεκτροδίων, µε αποτέλεσµα την αγωγή ηλεκτρικού παλµού και κατ επέκταση την δηµιουργία σήµατος. Το κεντρικό ηλεκτρόδιο είναι συνδεδεµένο µε την είσοδο ενός προενισχυτή µεγάλης ευαισθησίας, ο οποίος ενισχύει και µορφοποιεί κατάλληλα το σήµα. Στη συνέχεια το σήµα του προενισχυτή µεταφέρεται στο ηλεκτρονικό κύκλωµα της µονάδας για περαιτέρω ψηφιακή επεξεργασία και παραγωγή ένδειξης. Εικόνα 2. 4.: Ο θάλαµος ιονισµού Αναλυτική περιγραφή του Aqua kit και της αντλίας ανακύκλωσης Αντλία αέρος. Η αντλία που χρησιµοποιείται στο κύκλωµα είναι ηλεκτρονικά ελεγχόµενη και λειτουργεί µε τάση τροφοδοσίας 12VDC. Έχει δύο διακόπτες, έναν ON/OFF και έναν για επιλογή της ροής του παροχετευόµενου αέρα στο δοχείο αποδιαλυτοποίησης αερίου. Οι υπάρχουσες επιλογές ροής είναι τα 300ml/min, 79

92 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ 500ml/min και 1000ml/min. Τέλος, από δύο ακροφύσια γίνεται η εισαγωγή και η εξαγωγή του αέρα Σωλήνες σύνδεσης. Οι σωλήνες σύνδεσης των περιφερειακών συστηµάτων είναι ελαστικοί, κατασκευασµένοι από υλικό Tygon και έχουν εσωτερική διάµετρο 4mm. Το υλικό αυτό παρουσιάζει πολύ µικρή διαπερατότητα ως προς τη διάχυση Ραδονίου, σε αντίθεση µε τα κοινά υλικά κατασκευής σωλήνων µε βάση το πυρίτιο. Οι 4 από τους 7 συνολικά σωλήνες που χρησιµοποιούνται κατά την συγκεκριµένη διάταξη, έχουν στα άκρα τους ειδικά κατασκευασµένους συνδετήρες ταχείας σύνδεσης και αποσύνδεσης. Οι συνδετήρες αυτοί είναι εφοδιασµένοι µε εσωτερικές βαλβίδες, οι οποίες κλείνουν όταν αυτοί είναι αποσυνδεδεµένοι. Με αυτό τον τρόπο αποφεύγεται η διαφυγή Ραδονίου αλλά και η είσοδος εξωτερικού αέρα µέσα στο µετρητικό σύστηµα οχείο αποδιαλυτοποίησης Ραδονίου. Το δοχείο αποδιαλυτοποίησης αερίου από υγρά δείγµατα, είναι κατασκευασµένο από ειδικό γυαλί υψηλής αντοχής τύπου DURAN, τροποποιηµένο ειδικά για µέτρηση συγκεντρώσεων Ραδονίου στο νερό. Στο στόµιο του δοχείου αυτού τοποθετείται µία στρόφιγγα τριών δρόµων µε ακροφύσιο, του οποίου το κάτω µέρος πλησιάζει τον πυθµένα του και είναι διαµορφωµένο καταλλήλως, ώστε κατά την εισροή του αέρα εντός του δοχείου, όπως φαίνεται στην εικόνα 2. 1., να δηµιουργούνται µικροσκοπικές φυσαλίδες. Η χωρητικότητα του δοχείου ως προς το νερό είναι 500ml οχείο ασφαλείας. Κατά την ροή του αέρα και µετά από το δοχείο αποδιαλυτοποίησης συνδέεται πάντα το δοχείο ασφαλείας, µέσω µίας στρόφιγγας τριών δρόµων µε ακροφύσιο. Είναι επίσης κατασκευασµένο από ειδικό γυαλί υψηλής αντοχής τύπου DURAN και χρησιµοποιείται για λόγους ασφαλείας, για να συγκεντρώνει το νερό σε περίπτωση υπερχείλισης, ώστε αυτό να µην εισέλθει στον κύκλο του αερίου κατά τη διαδικασία αποδιαλυτοποίησης. Για τον λόγο αυτό το ακροφύσιο που είναι προσαρµοσµένο στην στρόφιγγα, καταλήγει εντός αυτού και φτάνει µέχρι το µέσο 80

93 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 του συνολικού ύψους του (βλέπε Εικόνα 2. 1.). Ο συνολικός όγκος του δοχείου αυτού είναι 200ml Στρόφιγγες τριών δρόµων µε ακροφύσια. Οι στρόφιγγες τριών δρόµων µε ακροφύσια είναι ειδικά διαµορφωµένες, ώστε να παρέχουν τη δυνατότητα κατά την οποία επιτρέπουν τα ακόλουθα: Στην θέση 00:00 του διακόπτη τριών δρόµων: στο κύκλωµα δεν παρεµβάλλεται το υποκείµενο δοχείο. Στην θέση 03:00 του διακόπτη τριών δρόµων: το υποκείµενο δοχείο παρεµβάλλεται στο κύκλωµα και ο αέρας εισέρχεται σε αυτό από το κατακόρυφο ακροφύσιο. Στην θέση 06:00 του διακόπτη τριών δρόµων: το υποκείµενο δοχείο παρεµβάλλεται στο κύκλωµα και ο αέρας εισέρχεται σε αυτό από το οριζόντιο ακροφύσιο. Στην θέση 09:00 του διακόπτη τριών δρόµων: το υποκείµενο δοχείο παρεµβάλλεται στο κύκλωµα και ο αέρας εισέρχεται σε αυτό και από τα δύο ακροφύσια (εάν και στα δύο είναι συνδεµένη παροχή αέρα). Τέλος έχουν τη δυνατότητα να εφαρµόζουν αεροστεγώς στα δοχεία ασφαλείας και αποδιαλυτοποίησης, ώστε να µην υπάρχουν διαρροές του ευκίνητου Ραδονίου. (Βλέπε Εικόνα ) Ασφάλειες συγκράτησης στροφίγγων. Για την συγκράτηση και την αεροστεγή εφαρµογή των στροφίγγων µετά των ακροφυσίων, επάνω στα δοχεία ασφαλείας και αποδιαλυτοποίησης, χρησιµοποιούνται ασφάλειες συγκράτησης. Αυτές είναι δακτυλιοειδούς µορφής µε εγκοπή δύο διαµέτρων, κατασκευασµένες από πλαστικό καλής ποιότητας και υψηλής αντοχής. 81

94 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Βάση δοχείων και αντλίας. Η σταθεροποίηση των δοχείων και της αντλίας πραγµατοποιείται µε ειδικά διαµορφωµένη βάση. Στις υποδοχές τοποθετούνται σε κατακόρυφη θέση τα δοχεία αποδιαλυτοποίησης και ασφαλείας καθώς και η αντλία. Επίσης υπάρχει και θέση για θερµόµετρο. Είναι κατασκευασµένη από ειδικό σκληρό αφρώδες υλικό. Εικόνα 2. 5.: Βάση δοχείων και αντλίας Φίλτρο ενεργού άνθρακα. Για τον καθαρισµό του κύκλου του αερίου από Ραδόνιο χρησιµοποιείται φίλτρο ενεργού άνθρακα. Ο καθαρισµός πραγµατοποιείται κατά την έναρξη των µετρήσεων αλλά και ενδιάµεσα στην µέτρηση δύο διαδοχικών δειγµάτων. Έτσι καθίσταται δυνατή η µέτρηση του υπόβαθρου (background) του κύκλου και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις. Το φίλτρο αποτελείται από έναν µεταλλικό κύλινδρο διαµέτρου 75mm και ύψους 300mm, που περιέχει κόκκους ενεργού άνθρακα διαµέτρου 1,5mm και πυκνότητας 0,4gr/cm 3. Έχει κλειστές και τις δύο έδρες του, στις οποίες υπάρχουν µόνιµα συνδεδεµένοι σωλήνες µε ακροφύσια σύνδεσης. Ο περιεχόµενος ενεργός 82

95 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 άνθρακας έχει όγκο 1000cm 3. Η ικανότητα του ως προς την απορρόφηση αέρα είναι της τάξης των 1,25lt/gr άνθρακα. Αυτό τον καθιστά ισοδύναµο µε αέρα όγκου 500 λίτρων οχείο Εκροής Ραδονίου και Βαθµονόµησης. Από την αρχή του αιώνα το Ράδιο χρησιµοποιείτο σε τεχνικές εφαρµογές και εκτός αυτού, όπως από τα προηγούµενα µας είναι γνωστό, περιέχεται και στα δοµικά υλικά. Έτσι η εκροή Ραδονίου, το οποίο όπως προαναφέραµε αυξάνει τις δόσεις του πληθυσµού σε ραδιενέργεια, πρέπει να προσδιοριστεί για µεγάλο αριθµό υλικών. Αυτός ο προσδιορισµός µπορεί να πραγµατοποιηθεί χρησιµοποιώντας υψηλή τεχνολογία, κατά την οποία το µελετούµενο υλικό θα περιέχεται µαζί µε την προαναφερθείσα κεντρική µονάδα, µέσα σε ένα αεροστεγές δοχείο σχετικά µεγάλου όγκου. Το δοχείο αυτό ονοµάζεται «οχείο Εκροής Ραδονίου και Βαθµονόµησης». Για όλες τις παραπάνω µετρήσεις Ραδονίου δεν είναι αρκετή η κατοχή της κεντρικής µονάδας, αλλά επιβάλλεται και βαθµονόµηση αυτής. Όπως σε όλες τις βαθµονοµήσεις, το όργανο µέτρησης βαθµονοµείται από ένα κατάλληλο πρότυπο του οποίου τα χαρακτηριστικά είναι γνωστά. Για τη συγκεκριµένη βαθµονόµηση, από το πρότυπο εκρέει Ραδόνιο το οποίο µπορεί να αλληλεπιδράσει µε την κεντρική µονάδα µόνο εντός του εν λόγω δοχείου (βλέπε παράγραφο ). Εικόνα 2. 6.: ιάταξη βαθµονόµησης του µετρητικού συστήµατος από γνωστή εκροή Ραδονίου, εντός του οχείου Βαθµονόµησης και Μέτρησης Εκροής Ραδονίου. 83

96 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ Τεχνικά χαρακτηριστικά του οχείου. Το δοχείο αποτελείται από σκληρό αντιδιαβρωτικό ανοξείδωτο χάλυβα µε αποσπώµενο καπάκι και ενεργό όγκο 50lt. Κάθε δοχείο ελέγχεται από τον κατασκευαστή για διαρροές µε υπερπίεση της τάξης των 180 cm στήλης νερού (180mbar). Έχει κυλινδρική βάση µε διάµετρο 450mm και ύψος 543mm ενώ το πάχος των τοιχωµάτων του είναι 1mm. Λεπτοµέρειες σχετικά µε τις διαστάσεις φαίνονται στο παρακάτω σχήµα. Εικόνα 2. 7.: οχείο Βαθµονόµησης. Στο αποσπώµενο καπάκι είναι εφαρµοσµένα: µία χειρολαβή, 2 βαλβίδες για την εισαγωγή και εξαγωγή αερίων, δύο γυάλινες θυρίδες παρακολούθησης, ένα βύσµα για την τροφοδοσία της κεντρικής µονάδας, ένα για την σύνδεσή της µε τον υπολογιστή, και ένα για την τροφοδοσία του ανεµιστήρα. Στο εσωτερικό µέρος έχει αναρτηθεί µικρός ανεµιστήρας για την οµοιογενοποίηση του εσωτερικού αέρα, και δύο καλώδια µε τα αντίστοιχα βύσµατα στα οποία καταλήγει η τροφοδοσία της κεντρικής µονάδας και η σύνδεση µε τον υπολογιστή. Στην εσωτερική περίµετρο του αποσπώµενου στοµίου, υπάρχει προσαρµοσµένο ελαστικό παρέµβυσµα για το αεροστεγές κλείσιµο του δοχείου. Όλα τα παραπάνω εξαρτήµατα έχουν εφαρµοστεί αεροστεγώς στο καπάκι. Στην εικόνα παρουσιάζονται αναλυτικά τα προαναφερθέντα. 84

97 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Εικόνα 2. 8.: Αποσπώµενο καπάκι οχείου Βαθµονόµησης Προετοιµασία µετρητικού συστήµατος Βαθµονόµηση (Calibration). Για να είναι αντικειµενικές και κοινώς αποδεκτές οι µετρήσεις ενός οργάνου, πρέπει αυτό να βαθµονοµείται βάσει πρωτοκόλλων και προτύπων. Η βαθµονόµηση (calibration) του συγκεκριµένου οργάνου (κεντρική µονάδα ελέγχου), που χρησιµοποιείται στην εργασία αυτή, γίνεται για να συνδεθεί η ένδειξή του µε πραγµατικές τιµές συγκεντρώσεως Ραδονίου. Για τον σκοπό αυτό χρησιµοποιείται ένα δείγµα µε γνωστή συγκέντρωση Ραδονίου (δείγµα αέρα). Ένα τέτοιο δείγµα παρασκευάζεται µε την βοήθεια του προτύπου της NIST, το οποίο διαθέτει το Εργαστήριο. Το εν λόγω πρότυπο αποτελείται από 226 Ra, το οποίο, όπως έχει προαναφερθεί, κατά τη διάσπασή του παράγει το απαιτούµενο για την βαθµονόµηση 222 Rn (αέριο). Η βαθµονόµηση γίνεται ως εξής: Το πρότυπο µαζί µε την κεντρική µονάδα τοποθετείται στο δοχείο βαθµονόµησης και το σύστηµα σφραγίζεται αεροστεγώς. Ο αέρας όλου του συστήµατος ανακυκλώνεται µέσω των βαλβίδων και καθαρίζεται, ως προς το Ραδόνιο, µε τη βοήθεια του φίλτρου ενεργού άνθρακα 85

98 ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΜΗΝΑΣ Γ. ΜΩΥΣΗΣ K. 1 ος ΤΟΜΟΣ και της προαναφερθείσας αντλίας. Στη συνέχεια οι βαλβίδες κλείνουν και ξεκινά εκροή Ραδονίου από το πρότυπο. Η συγκέντρωση του Ραδονίου που παράγεται εντός του κλειστού δοχείου, µετά από την παρέλευση συγκεκριµένου χρόνου, θα είναι γνωστή. Με µέτρηση αυτής από την κεντρική µονάδα µέσω χειρισµού της από υπολογιστή, παράγεται µία αρχική ένδειξη. Η ένδειξη αυτή συνδέεται µε τη βοήθεια λογισµικού, µε την πραγµατική γνωστή συγκέντρωση του Ραδονίου και δηµιουργείται ο παράγοντας βαθµονόµησης. Τέλος αυτός αποθηκεύεται στη µνήµη της κεντρικής µονάδας και χρησιµοποιείται σε περαιτέρω µετρήσεις Η λειτουργία του πρoτύπου της NIST Τεχνικά χαρακτηριστικά. Η πηγή της NIST παράγει 222 Rn, που εκρέει από µία κάψουλα πολυαιθυλενίου στην οποία περιέχεται διάλυµα 226 Ra. Η κάψουλα έχει κατασκευαστεί από κλειστό, µε θερµική συγκόλληση, κύλινδρο αποτελούµενο από χαµηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο. Έχει εξωτερική διάµετρο 45mm και ενεργό µήκος 17mm (µήκος εξαγωγής Rn). To συνολικό µήκος του κυλίνδρου είναι 20mm και αυτός έχει γεµιστεί γκραβιµετρικά µε βαθµονοµηµένο διάλυµα 226 Ra, γνωστής συγκέντρωσης ενεργότητας. Η συνολική µάζα του πολυαιθυλενίου στη κάψουλα περιεχόµενης και της µάζας του πολυαιθυλενίου που έχει χρησιµοποιηθεί για τα κλείστρα της, είναι περίπου 0,19gr. Η πηγή είναι πιστοποιηµένη για τις εξής δύο παραµέτρους: A Ra ολική ενεργότητα Ραδίου που περιεχόταν στην κάψουλα σε κάποιο συγκεκριµένο χρόνο αναφοράς (t r ). f συντελεστής εκροής Ραδονίου από την κάψουλα (ο λόγος του Ραδονίου που εκρέει από την κάψουλα και περιέχεται στο εξωτερικό δοχείο του προτύπου, προς το ολικό 222 Rn που παράγεται εντός της κάψουλας από τη διάσπαση του 226 Ra). 86

99 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αυτές οι παράµετροι επιτρέπουν τον υπολογισµό της ενεργότητας του Ραδονίου, το οποίο συσσωρεύεται στο εξωτερικό δοχείο του προτύπου έπειτα από συγκεκριµένο χρόνο συσσώρευσης. Το εξωτερικό δοχείο του προτύπου είναι κατασκευασµένο από γυαλί, έχει χωρητικότητα 20ml και προσαρµοσµένες στο επάνω µέρος του δύο στρόφιγγες, οι οποίες επιτρέπουν την επικοινωνία του, κατά βούληση, µε τον εξωτερικό χώρο. Μέσα σ αυτό περιέχεται η κάψουλα παραγωγής Ραδονίου που έχει προαναφερθεί και ειδικός απορροφητής για την σκόνη. Στο δοχείο περιέχεται νερό που προέρχεται από συµπύκνωση υδρατµών και περιέχει µόνο ελάχιστες συσσωρευµένες ποσότητες 222 Rn και των παραγώγων του. Το πρότυπο µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε συνδυασµό µε το οχείο Βαθµονόµησης. Όταν τα παραπάνω είναι συνδεδεµένα σε κλειστό κύκλο αερίου, πραγµατοποιείται τέλεια ποσοτική µεταφορά του συσσωρευµένου 222 Rn εντός του οχείου µε τη βοήθεια της αντλίας. Εικόνα 2. 9.: Σχηµατικό διάγραµµα λειτουργίας του προτύπου της NIST. 87